CN107070334B - 一种开关磁阻发电机变流器拓扑及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻发电机变流器拓扑及其控制方法，拓扑由励磁电源、变流主电路、充电电路、母线电容器、隔离式DC/DC变换器、放电电路组成；励磁电源向变流主电路供电励磁，变流主电路结构及其控制方法下能增强励磁效果，在励磁电源蓄电池需要充电及增强功率输出能力、保护等的需要下而充电电路工作，通过对放电电路的控制起到保护和适时增强发电起始电流能力作用，取消了专门的起励电源，本发明非常适合于在中小型开关磁阻发电机变流领域应用。

Description

一种开关磁阻发电机变流器拓扑及其控制方法

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机领域，具体涉及一种开关磁阻发电机的变流器电路拓扑系统及其控制方法。

背景技术

利用开关磁阻发电机发电，是一种新型的发电方式。

开关磁阻发电机的发电变流系统，是开关磁阻发电机系统的基础和关键，事关发电的效率、效益及可靠性等。

根据开关磁阻发电机工作原理，其工作中分为励磁和发电两大阶段，先由外电源向绕组供电励磁储能，随后在运行反向力矩作用下磁储能续流释放即发电输出，发出的电能大于励磁吸收的电能，才有意义。

开关磁阻发电机励磁阶段一般是受控的，而发电阶段电流是不受严格控制的，为了提高发电输出能力，提高发电阶段开始时的电流，即提高励磁阶段的尤其是励磁后期的电流值成为了业界的共识之一；业界已有譬如通过专门的高压他励励磁电源向绕组供电励磁。

通过对开关磁阻发电机数学模型的分析，母线电压与运动电动势之间的大小及差值关系，直接关系到发电阶段绕组电流的上升或下降，从而关系到整个发电系统的电能输出能力。

虽然开关磁阻发电机容错性强，即某相绕组短时没参与发电也不至于过大影响总的发电结果，但是，其控制频繁、内部电器元件充放电频繁，对可靠性以及减少维护量的智能化要求也比较迫切。

发明内容

根据以上的背景技术，本发明针对开关磁阻发电机，提出了一种增强励磁即提高发电输出能力、自主充电励磁、改善发电电流波形提高电能输出能力的智能化高可靠性开关磁阻发电机变流器拓扑及其控制方法。

本发明的技术方案为：

一种开关磁阻发电机变流器拓扑，由励磁电源、变流主电路、充电电路、母线电容器、隔离式DC/DC变换器、放电电路组成，其特征是，所述励磁电源输出两端连接所述变流主电路输入两端，励磁电源的输入两端连接所述充电电路的输出两端，变流主电路的输出两端跨接所述母线电容器，并且与所述隔离式DC/DC变换器的输入两端连接，隔离式DC/DC变换器的输出两端连接充电电路的输入两端，所述放电电路的两端中的正极端连接变流主电路输出正极端，放电电路的负极端连接变流主电路输入正极端，励磁电源的输入输出负极端、变流主电路的输入输出负极端、充电电路输出负极端、母线电容器负极端、隔离式DC/DC变换器输入负极端均短接；

开关磁阻发电机有H个相绕组，每相绕组分为两套绕组，并对称分别集中绕制于两个不同的定子凸极上；H大于二并小于五；

励磁电源由蓄电池、第一开关管组成，其特征是，所述蓄电池与所述第一开关管串联，蓄电池正极连接第一开关管阳极，第一开关管阴极和蓄电池负极分别作为励磁电源输出端正负极，励磁电源的输入正极端连接蓄电池正极；

变流主电路由H个相同拓扑结构的变流支路并联连接组成，每个所述的变流支路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第一电感、第二电感、第一电容器、第二电容器、第二开关管、第三开关管、第四开关管，以及一相绕组组成，其特征是，所述第一二极管的阳极作为变流主电路输入正极端，第一二极管的阴极连接所述第一电感一端和所述第二电容器正极，第一电感另一端连接所述第二开关管阳极和所述第一电容器正极，第二开关管阴极连接所述第三二极管阳极、所述第五二极管阴极以及所述一相绕组的第一套绕组一端，第五二极管阳极与第二电容器负极、所述第三开关管阴极和所述第二电感一端连接，第三二极管阴极连接所述第四二极管阴极和一相绕组的第二套绕组一端，第一套绕组的另一端与第四二极管阳极和所述第二二极管阳极连接，第二二极管阴极与第二套绕组另一端、第三开关管阳极、所述第四开关管阳极连接，第一电容器负极、第二电感另一端连接并作为变流主电路输入输出负极端，第四开关管阴极作为变流主电路输出正极端；

充电电路由第五开关管、第三电感、第六二极管、第七二极管、电阻组成，其特征是，所述第五开关管阳极作为充电电路输入正极端，第五开关管阴极与所述第六二极管阴极和所述第三电感一端连接，第六二极管阳极作为充电电路输入输出负极端，第三电感另一端与所述电阻一端连接，电阻另一端与所述第七二极管阳极连接，第七二极管阴极作为充电电路输出正极端；

母线电容器正负极两端分别连接变流主电路的输出正负极两端；

隔离式DC/DC变换器的输入输出均为直流，电压大小相等，当中具备磁隔离环节；

放电电路由第六开关管、第三电容器、第八二极管、泄放器组成，其特征是，所述第六开关管的阳极作为充电电路正极，第六开关管阴极连接所述第三电容器正极，第三电容器负极连接所述第八二极管阳极，第八二极管阴极作为放电电路负极，所述泄放器与第三电容器两端连接。

一种开关磁阻发电机变流器拓扑的控制方法，其特征是，开关磁阻发电机在即将起动发电时，发电机被驱动旋转后先闭合第一开关管，其余开关管全部为断开状态，此时由蓄电池向变流主电路各变流支路的第一电容器和第二电容器进行充电工作；

开关磁阻发电机在工作中，根据转子位置信息，变流主电路投入工作，首先判断要进入工作状态的某相绕组之后，该相绕组两套绕组所在的变流支路开始工作，该变流支路工作期间，其余变流支路中的全部开关管为断开状态，该变流支路的工作分为如下三个步骤，各步骤中的控制方法同时如下：

步骤一为励磁阶段，第二开关管、第三开关管闭合导通，第四开关管断开；

根据转子位置信息和相绕组电流信号，当在到达励磁阶段最大角度位置之前相绕组电流已经达到设定的所需电流值时，直接转入步骤三；否则即在到达励磁阶段最大角度位置时相绕组电流依然没有达到所需电流时，进入步骤二；

步骤二为续流阶段，断开第二开关管，第三开关管继续闭合导通，第四开关管继续是断开状态，续流阶段最大角度到来之前检测到相电流已达设定值，进入步骤三，否则到续流阶段最大角度后进入步骤三；

步骤三为发电阶段，断开第二开关管和第三开关管，同时闭合第四开关管，待根据转子位置信息达到发电阶段最大角度后，断开第四开关管，该相绕组的变流支路工作结束；

检测到需要下一相绕组的变流支路工作时，重复如上步骤；

变流主电路工作期间，当出现如下情况之一时，充电电路投入工作：

(1)检测到蓄电池两端电压低于设定的下限值，并且母线电容器两端电压高于蓄电池两端电压；

(2)检测到母线电容器两端电压超过允许的上限值，同时蓄电池两端电压不高于设定的上限值；

(3)变流主电路工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池两端电压不高于设定的上限值；

当变流主电路已停止工作但母线电容器两端电压高于蓄电池两端电压，同时蓄电池两端电压不高于设定的上限值时，充电电路也投入工作；

充电电路开始工作时，即第五开关管闭合导通，为了保证充电电路输出电压及电流满足需求，即使得充电电压和电流在蓄电池允许的范围内，调节第五开关管的开关状态即占空比实现，占空比的调节以满足蓄电池允许的最大充电电压和电流为前提，不能满足时以充电电路能输出的最大电压和电流为要求；

当出现如下情况之一时，放电电路投入工作：

(1)蓄电池两端电压已达到上限值，同时母线电容器两端电压超过上限值；

(2)变流主电路工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池两端电压已达到设定的上限值；

放电电路投入工作即闭合第六开关管，当第三电容器两端电压超限时，与其并联的泄放器开关闭合对第三电容器泄能，直至第三电容器两端电压到最低值时；

当工作中出现蓄电池两端电压、母线电容器两端电压超过一小时均低于最低限定值时，给予全部开关管关断信号，发电机组停机。

本发明的技术效果主要有：

(1)从变流主电路2各变流支路的结构及工作原理可以看出，在励磁阶段时，由于每相绕组分为两套并联，其励磁电压相对已提高一倍(相对传统不对称半桥等变流电路的每相绕组内部串联后再被励磁供电的结构)，同时励磁是由双电容器供电，也起到了增强励磁电流的作用；根据开关磁阻发电机发电运行机理可知，越大的励磁电流的获得，在进入发电阶段后，至少发电阶段起始电流已被抬高，而后续电流大小是基本不受控的，所以说，励磁的被增强，提高了开关磁阻发电机的电能输出能力。

(2)在变流主电路2工作过程中，一定条件下增加一续流阶段，目的是在低励磁电源供给能力时，通过没有控制电压下的续流过程进一步提高发电阶段到来之前的绕组电流值，提高发电能力。

(3)本发明的励磁模式，既不是严格的他励模式，也不是严格的自励模式，而是通过充电电路3实现高稳定性高可靠性，同时吸收了他励和自励的优点而规避了各自缺点的一种励磁结构及运行模式；本发明实现发电电压与励磁电压解耦，规避了传统自励模式下发电电压电流波动大的缺点，充电电路3适时的向励磁电源2中蓄电池X充电以补充励磁电能，规避了传统他励模式下定期要更换他励励磁蓄电池的人工工作；

另外，如实施例中所言，当变流主电路2工作中即使投入了续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池X两端电压不高于设定的上限值时，充电电路将工作，从而通过充电电路3消耗电能即释放母线电容器Cm电能进而减小母线电压，进而适当改善绕组电流波形，使之平均值上升，因为根据式(1)及开关磁阻发电机工作原理，如果运动反电动势小于母线电压，则进入发电阶段后的相绕组电流将下降，反之运动反电动势大于母线电压则电流将上升，发电阶段电流上升或不下降，所以说充电电路的工作降低母线电压后具有提高发电能力的作用。

(4)放电电路5一则起到保护作用，当本发明的发电系统负载突然变小等原因引起母线电压过高，并且不足以通过蓄电池X吸收时，对母线电容器Cm等器件起到保护作用；

另外，通过放电电路5对母线电容器Cm放电进而减小母线电压，也类似于充电电路3一定的工况下的起到提高发电能力的作用。

(5)通过本发明还可看出，即使在外界动力变化(如风力发电领域)时，在一定的可发电的动力范围内，本发明的结构及其控制方法，可以实现全系统智能化的运行，相比传统开关磁阻发电机系统，大大减少了人工的参与度，比如尤其非常适合于野外用电装置譬如基于风力的野外通信基站电源系统、利用风能的海岛或船舶上的开关磁阻发电系统等等。

本发明没有传统开关磁阻发电机变流系统结构中所需的起励电源，即起动时的专门的蓄电池，做到了起动和运行同一套励磁电源，节省了成本。

附图说明

图1所示为本发明的开关磁阻发电机变流器拓扑电路结构图。

图2所示为本发明中的开关磁阻发电机绕组电感随转子位置变化线性波形图。

图1中：1、励磁电源，2、变流主电路，3、充电电路，4、隔离式DC/DC变换器，5、放电电路。

具体实施方式

一种开关磁阻发电机变流器拓扑，由励磁电源1、变流主电路2、充电电路3、母线电容器Cm、隔离式DC/DC变换器4、放电电路5组成，励磁电源1输出两端连接变流主电路2输入两端，励磁电源1的输入两端连接充电电路3的输出两端，变流主电路2的输出两端跨接母线电容器Cm，并且与隔离式DC/DC变换器4的输入两端连接，隔离式DC/DC变换器4的输出两端连接充电电路3的输入两端，放电电路5的两端中的正极端连接变流主电路2输出正极端，放电电路5的负极端连接变流主电路2输入正极端，励磁电源1的输入输出负极端、变流主电路2的输入输出负极端、充电电路3输出负极端、母线电容器Cm负极端、隔离式DC/DC变换器4输入负极端均短接，如附图1所示。

本实施例的开关磁阻发电机有三个相绕组，每相绕组分为两套绕组，并对称分别集中绕制于两个不同的定子凸极上，三相绕组分别为M、N、P绕组，各绕组各自的两套绕组分别为M1/M2、N1/N2、P1/P2。

励磁电源1由蓄电池X、第一开关管V1组成，蓄电池X与第一开关管V1串联，蓄电池X正极连接第一开关管V1阳极，第一开关管V1阴极和蓄电池X负极分别作为励磁电源1输出端正负极，励磁电源1的输入正极端连接蓄电池X正极。

变流主电路2由三个相同拓扑结构的变流支路并联连接组成，变流支路由第一二极管D1/D6/D11、第二二极管D2/D7/D12、第三二极管D3/D8/D13、第四二极管D4/D9/D14、第五二极管D5/D10/D15、第一电感L1/L3/L5、第二电感L2/L4/L6、第一电容器C1/C3/C5、第二电容器C2/C4/C6、第二开关管V2/V5/V8、第三开关管V3/V6/V9、第四开关管V4/V7/V10，以及相绕组M/N/P组成，第一二极管D1/D6/D11的阳极作为变流主电路2输入正极端，第一二极管D1/D6/D11的阴极连接第一电感L1/L3/L5一端和第二电容器C2/C4/C6正极，第一电感L1/L3/L5另一端连接第二开关管V2/V5/V8阳极和第一电容器C1/C3/C5正极，第二开关管V2/V5/V8阴极连接第三二极管D3/D8/D13阳极、第五二极管D5/D10/D15阴极以及相绕组M/N/P的第一套绕组M1/N1/P1一端，第五二极管D5/D10/D15阳极与第二电容器C2/C4/C6负极、第三开关管V3/V6/V9阴极和第二电感L2/L4/L6一端连接，第三二极管D3/D8/D13阴极连接第四二极管D4/D9/D14阴极和相绕组M/N/P的第二套绕组M2/N2/P2一端，第一套绕组M1/N1/P1的另一端与第四二极管D4/D9/D14阳极和第二二极管D2/D7/D12阳极连接，第二二极管D2/D7/D12阴极与第二套绕组M2/N2/P2另一端、第三开关管V3/V6/V9阳极、第四开关管V4/V7/V10阳极连接，第一电容器C1/C3/C5负极、第二电感L2/L4/L6另一端连接并作为变流主电路2输入输出负极端，第四开关管V4/V7/V10阴极作为变流主电路2输出正极端。

充电电路3由第五开关管V11、第三电感L7、第六二极管D16、第七二极管D17、电阻R组成，第五开关管V11阳极作为充电电路3输入正极端，第五开关管V11阴极与第六二极管D16阴极和第三电感L7一端连接，第六二极管D16阳极作为充电电路3输入输出负极端，第三电感L7另一端与电阻R一端连接，电阻R另一端与第七二极管D17阳极连接，第七二极管D17阴极作为充电电路3输出正极端。

母线电容器Cm正负极两端分别连接变流主电路2的输出正负极两端。

隔离式DC/DC变换器4的输入输出均为直流，电压大小相等，当中具备磁隔离环节。

放电电路5由第六开关管V12、第三电容器C7、第八二极管D18、泄放器组成，第六开关管V12的阳极作为充电电路5正极，第六开关管V12阴极连接第三电容器C7正极，第三电容器C7负极连接第八二极管D18阳极，第八二极管D18阴极作为放电电路5负极，泄放器与第三电容器C7两端连接。

结合开关磁阻发电机的发电工况下电压平衡方程：

式(1)中，e为相感应电动势，Ψ为磁链，ω为角速度，U_Cm为母线电压(也是发电电压，母线电容器Cm两端电压)，为变压器电动势；为运动电动势(加负号即为运动反电动势)。

再根据附图2所示的开关磁阻发电机相绕组电感随转子角度位置变化的线性波形图，以及如下电磁转矩方程：

可见，在θ₁～θ₂区间电感正向上升变化，此时绕组中电流将产生正向力矩，电机作为开关磁阻电动机状态运行，在θ₁～θ₂和θ₂～θ₄区间时，电感大小不变，运动电动势为零，此时为了维持电压平衡，电流会出现增大趋势，而电磁转矩为零，所以一般设计的电机，在电感平行区非常短，而在θ₄～θ₅区间，此时符合开关磁阻发电机的产生反向力矩的发电条件，所以，作为开关磁阻发电机，θ₄～θ₅区间为其发电运行区间较佳，在定转子凸极中心线重合位置到θ₄之前进入励磁阶段，并在略超过θ₄角度后结束，发电阶段则在角度θ₅左右结束，并且必须在定子凸极中心线与转子凹槽中心线重合之前结束，否则将进入电动运行状态，极大影响发电效益和效率，续流阶段则在励磁阶段和发电阶段之间设置一个短暂的角度区间，可选。

该开关磁阻发电机变流器拓扑的控制，开关磁阻发电机在即将起动发电时，蓄电池X为满电或具备高于最低限度的储能状态，发电机被风力机组或其他机械动力装置驱动旋转后先闭合第一开关管V1，其余开关管全部为断开状态，此时由蓄电池X经第一电感L1/L3/L5、第二电感L2/L4/L6分别向变流主电路2中各变流支路的第一电容器C1/C3/C5和第二电容器C2/C4/C6进行充电工作；电感值L1＝L2＝L3＝L4＝L5＝L6，电容值C1＝C2＝C3＝C4＝C5＝C6，以上电感型号相同，电容型号相同，并均选较大值。

开关磁阻发电机在工作中，根据转子位置信息，变流主电路2投入工作，首先判断要进入工作状态的是哪一相绕组，随即该相绕组两套绕组所在的变流支路开始工作，该变流支路工作期间，其余变流支路中的全部开关管为断开状态，譬如为M相绕组所在变流支路工作，该变流支路的工作分为如下三个步骤，各步骤中的控制方法同时如下：

步骤一为励磁阶段，第二开关管V2、第三开关管V3闭合导通，第四开关管V4断开，此时第一电感D1反向偏置截止，第一电容器C1和第二电容器C2共同向M绕组励磁供电，具体励磁回路为：第一电容器C1经由第二开关管V2、相绕组M第一套绕组M1与第二二极管D2组成的支路和第三二极管D3与相绕组M第二套绕组M2组成的支路的并联支路、第三开关管V3、第二电感L2后返回，第二电容器C2经由第一电感L1、第二开关管V2、相绕组M第一套绕组M1与第二二极管D2组成的支路和第三二极管D3与相绕组M第二套绕组M2组成的支路的并联支路、第三开关管V3后返回。

根据转子位置信息和相绕组电流信号，当在到达设定的励磁阶段最大角度位置之前相绕组电流就提前达到设定的所需电流值时，直接转入步骤三；否则即在到达励磁阶段最大角度位置时相绕组电流依然没有达到所需电流时，进入步骤二。

步骤二为续流阶段，断开第二开关管V2，第三开关管V3继续闭合导通，第四开关管V4继续是断开状态，续流阶段最大角度到来之前检测到相电流已达设定值，进入步骤三，否则到续流阶段最大角度后进入步骤三；续流阶段的绕组续流流经路径为：从相绕组M第一套套组M1开始，经由第四二极管D4、相绕组M第二套绕组M2、第三开关管V3、第五二极管D5后返回，此时相绕组M上无外置反向电压，并处于如附图2中绕组电感值最大并变化较小区域(电感最高到刚开始下降的前后区域)，电流继续上升。

步骤三为发电阶段，断开第二开关管V2和第三开关管V3，同时闭合第四开关管V4，待根据转子位置信息达到发电阶段最大角度后，断开第四开关管V4，该相绕组的变流支路工作结束；该阶段的发电路径为：第二电感L2、第五二极管D5、相绕组M第一套绕组M1与第二二极管D2组成的支路和第三二极管D3与相绕组M第二套绕组M2组成的支路的并联支路、第四开关管V4。

以上步骤结束同时检测到需要后续某相绕组的变流支路工作时，重复如上步骤。

在以上变流主电路2工作期间，当出现如下情况之一时，充电电路3投入工作：

(1)检测到蓄电池X两端电压低于设定的下限值，并且母线电容器Cm两端电压高于蓄电池X两端电压；主要保障蓄电池X的励磁电能供给。

(2)检测到母线电容器Cm两端电压超过允许的上限值，同时蓄电池X两端电压不高于设定的上限值；主要起到保护作用。

(3)变流主电路2工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池X两端电压不高于设定的上限值；该原因在于：根据式(1)及开关磁阻发电机工作原理可知，如果运动反电动势小于母线电压，则进入发电阶段后的相绕组电流将下降，反之运动反电动势大于母线电压则电流将上升，发电阶段电流上升或不下降，自然能提高发电能力，所以当电流增加困难时，通过充电电路3工作来消耗电能即释放母线电容器Cm电能进而减小母线电压来适当改善绕组电流波形，使之平均值上升。

当变流主电路2已停止工作但母线电容器Cm两端电压高于蓄电池X两端电压，同时蓄电池X两端电压不高于设定的上限值时，充电电路3也投入工作；

隔离式DC/DC变换器4包含磁隔离环节，其输出直流电压值与输入电压保持一致不变。

充电电路3开始工作时，即第五开关管V11闭合导通，为了保证充电电路3输出电压及电流满足需求，即使得充电电压和电流在蓄电池X允许的范围内，调节第五开关管V11的开关状态即占空比实现，占空比的调节以满足蓄电池X允许的最大充电电压和电流为前提，不能满足时以充电电路能输出的最大电压和电流为要求；

该充电电路3的工作机理为：

当第五开关管V11闭合导通后，充电电路3将来自隔离式DC/DC变换器4的电源向其内部经由第三电感L7、电阻R、第七二极管D17后作为充电电源向蓄电池X充电供电，电流增加，当第五开关管V11断开时，第三电感L7的储能将由第六二极管D16续流，并流经电阻R、第七二极管D17，第三电感L7取值要足够大，从而在第五开关管V11闭合与断开时电流将变化较为平稳，即使得充电电流较为平稳，电阻R的作用是限制合适电流，第七二极管D17防止蓄电池X反向损失励磁电能，至于第五开关管V11开关中占空比的大小，则根据蓄电池X对充电电流和电压的限制而定，因为其占空比在直接调节了母线电容器Cm两端电压即母线电压基础上也调节了充电电流，从充电电路3中以上第五开关管V11开关动作可得出充电电路3输出电压平均值U_x与输入端电压U_Cm关系为：

U_x＝αU_cm (3)

式(3)中，α为第五开关管V11开关占空比，输出电压总是小于或等于输入电压，不过，设计中额定母线电压即发电电压应会明显大于励磁电压即蓄电池额定电压。

当出现如下情况之一时，放电电路5投入工作：

(1)蓄电池X两端电压已达到上限值，同时母线电容器Cm两端电压超过上限值；主要起到保护作用；

(2)变流主电路2工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池X两端电压已达到设定的上限值；该原因在于：根据式(1)及开关磁阻发电机工作原理可知，如果运动反电动势小于母线电压，则进入发电阶段后的相绕组电流将下降，反之运动反电动势大于母线电压则电流将上升，发电阶段电流上升或不下降，自然能提高发电能力，所以当电流增加困难时，通过放电电路5释放母线电容器Cm电能进而减小母线电压来适当改善绕组电流波形，使之平均值上升。

放电电路5投入工作即闭合第六开关管V12，当第三电容器C7两端电压超限时，与其并联的泄放器开关闭合对第三电容器C7泄能，直至第三电容器C7两端电压到最低值时。

当工作中出现蓄电池X两端电压、母线电容器Cm两端电压超过一小时均低于最低限定值时，给予全部开关管关断信号，发电机组停机。

Claims (2)

1.一种开关磁阻发电机变流器拓扑，由励磁电源、变流主电路、充电电路、母线电容器、隔离式DC/DC变换器、放电电路组成，其特征是，所述励磁电源输出两端连接所述变流主电路输入两端，励磁电源的输入两端连接所述充电电路的输出两端，变流主电路的输出两端跨接所述母线电容器，并且与所述隔离式DC/DC变换器的输入两端连接，隔离式DC/DC变换器的输出两端连接充电电路的输入两端，所述放电电路的两端中的正极端连接变流主电路输出正极端，放电电路的负极端连接变流主电路输入正极端，励磁电源的输入输出负极端、变流主电路的输入输出负极端、充电电路输出负极端、母线电容器负极端、隔离式DC/DC变换器输入负极端均短接；

开关磁阻发电机有H个相绕组，每相绕组分为两套绕组，并对称分别集中绕制于两个不同的定子凸极上；H大于二并小于五；

励磁电源由蓄电池、第一开关管组成，所述蓄电池与所述第一开关管串联，蓄电池正极连接第一开关管阳极，第一开关管阴极和蓄电池负极分别作为励磁电源输出端正负极，励磁电源的输入正极端连接蓄电池正极；

变流主电路由H个相同拓扑结构的变流支路并联连接组成，每个所述的变流支路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第一电感、第二电感、第一电容器、第二电容器、第二开关管、第三开关管、第四开关管，以及一相绕组组成，所述第一二极管的阳极作为变流主电路输入正极端，第一二极管的阴极连接所述第一电感一端和所述第二电容器正极，第一电感另一端连接所述第二开关管阳极和所述第一电容器正极，第二开关管阴极连接所述第三二极管阳极、所述第五二极管阴极以及所述一相绕组的第一套绕组一端，第五二极管阳极与第二电容器负极、所述第三开关管阴极和所述第二电感一端连接，第三二极管阴极连接所述第四二极管阴极和一相绕组的第二套绕组一端，第一套绕组的另一端与第四二极管阳极和所述第二二极管阳极连接，第二二极管阴极与第二套绕组另一端、第三开关管阳极、所述第四开关管阳极连接，第一电容器负极、第二电感另一端连接并作为变流主电路输入输出负极端，第四开关管阴极作为变流主电路输出正极端；

充电电路由第五开关管、第三电感、第六二极管、第七二极管、电阻组成，所述第五开关管阳极作为充电电路输入正极端，第五开关管阴极与所述第六二极管阴极和所述第三电感一端连接，第六二极管阳极作为充电电路输入输出负极端，第三电感另一端与所述电阻一端连接，电阻另一端与所述第七二极管阳极连接，第七二极管阴极作为充电电路输出正极端；

母线电容器正负极两端分别连接变流主电路的输出正负极两端；

隔离式DC/DC变换器的输入输出均为直流，电压大小相等，当中具备磁隔离环节；

放电电路由第六开关管、第三电容器、第八二极管、泄放器组成，所述第六开关管的阳极作为充电电路正极，第六开关管阴极连接所述第三电容器正极，第三电容器负极连接所述第八二极管阳极，第八二极管阴极作为放电电路负极，所述泄放器与第三电容器两端连接。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机变流器拓扑的控制方法，其特征是，开关磁阻发电机在即将起动发电时，发电机被驱动旋转后先闭合第一开关管，其余开关管全部为断开状态，此时由蓄电池向变流主电路各变流支路的第一电容器和第二电容器进行充电工作；

开关磁阻发电机在工作中，根据转子位置信息，变流主电路投入工作，首先判断要进入工作状态的某相绕组之后，该相绕组两套绕组所在的变流支路开始工作，该变流支路工作期间，其余变流支路中的全部开关管为断开状态，该变流支路的工作分为如下三个步骤，各步骤中的控制方法同时如下：

步骤一为励磁阶段，第二开关管、第三开关管闭合导通，第四开关管断开；

根据转子位置信息和相绕组电流信号，当在到达励磁阶段最大角度位置之前相绕组电流已经达到设定的所需电流值时，直接转入步骤三；否则即在到达励磁阶段最大角度位置时相绕组电流依然没有达到所需电流时，进入步骤二；

步骤二为续流阶段，断开第二开关管，第三开关管继续闭合导通，第四开关管继续是断开状态，续流阶段最大角度到来之前检测到相电流已达设定值，进入步骤三，否则到续流阶段最大角度后进入步骤三；

步骤三为发电阶段，断开第二开关管和第三开关管，同时闭合第四开关管，待根据转子位置信息达到发电阶段最大角度后，断开第四开关管，该相绕组的变流支路工作结束；

检测到需要下一相绕组的变流支路工作时，重复如上步骤；

变流主电路工作期间，当出现如下情况之一时，充电电路投入工作：

(1)检测到蓄电池两端电压低于设定的下限值，并且母线电容器两端电压高于蓄电池两端电压；

(2)检测到母线电容器两端电压超过允许的上限值，同时蓄电池两端电压不高于设定的上限值；

(3)变流主电路工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池两端电压不高于设定的上限值；

当变流主电路已停止工作但母线电容器两端电压高于蓄电池两端电压，同时蓄电池两端电压不高于设定的上限值时，充电电路也投入工作；

充电电路开始工作时，即第五开关管闭合导通，为了保证充电电路输出电压及电流满足需求，即使得充电电压和电流在蓄电池允许的范围内，调节第五开关管的开关状态即占空比实现，占空比的调节以满足蓄电池允许的最大充电电压和电流为前提，不能满足时以充电电路能输出的最大电压和电流为要求；

当出现如下情况之一时，放电电路投入工作：

(1)蓄电池两端电压已达到上限值，同时母线电容器两端电压超过上限值；

(2)变流主电路工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池两端电压已达到设定的上限值；

放电电路投入工作即闭合第六开关管，当第三电容器两端电压超限时，与其并联的泄放器开关闭合对第三电容器泄能，直至第三电容器两端电压到最低值时；

当工作中出现蓄电池两端电压、母线电容器两端电压超过一小时均低于最低限定值时，给予全部开关管关断信号，发电机组停机。