CN107317488A - 多相永磁发电机整流系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多相永磁发电机整流系统。该系统包括：N相永磁发电机和N/3个整流器，其中，N大于3且N为3的整数倍；所述N相永磁发电机包括N/3组绕组，所述N/3组绕组为对应连接的整流器提供三相交流电；所述N/3个整流器中的第一整流器包括第一输出端和第二输出端；所述N/3个整流器中的第二整流器包括第一接口和第二接口，所述第一接口与所述第一输出端连接，所述第二接口与所述第二输出端连接，所述第二整流器的个数为N/3‑1个。该系统使得有轨车辆在运行过程中，整流器或若干组绕组出现故障时，剩余整流器或剩余绕组仍然可以工作，为后续负载提供电能输出，从而带动有轨车辆继续运行。

Description

多相永磁发电机整流系统

技术领域

本发明涉及自动控制技术，尤其涉及一种多相永磁发电机整流系统。

背景技术

随着有轨车辆的迅速普及，越来越多种类的有轨车辆出现在人们的生活中。有轨车辆内发电机整流系统的设计是关于有轨车辆的核心技术之一。

目前有轨车辆内发电机整流系统采用的是三相永磁同步发电机，该三相永磁同步发电机与三相的整流桥连接。

但是，当发电机整流系统中的发电机绕组发生故障或者整流桥上的整流器发生故障时，现有技术中的这种发电机整流系统无法给电动机继续供电，从而导致有轨车辆停止运行。

发明内容

本发明提供一种多相永磁发电机整流系统，以克服现有技术中，当发电机整流系统中的发电机绕组发生故障或者整流桥上的整流器发生故障时，三相永磁发电机整流系统无法给电动机继续供电，从而导致有轨车辆停止运行的问题。

本发明提供一种多相永磁发电机整流系统，包括：N相永磁发电机和N/3个整流器，其中，N大于3且N为3的整数倍；所述N相永磁发电机包括N/3组绕组，每组绕组包含3个绕组，所述N/3组绕组与所述N/3个整流器一一对应连接，每一组绕组为对应连接的整流器提供三相交流电；所述N/3个整流器中的第一整流器包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的电势大于所述第二输出端的电势；所述N/3个整流器中的第二整流器包括第一接口和第二接口，所述第一接口的电势大于所述第二接口的电势，所述第一接口与所述第一输出端连接，所述第二接口与所述第二输出端连接，所述第二整流器的个数为N/3-1个。

可选的，上述N/3个整流器中每个整流器包括6个二极管。

进一步地，上述系统还包括：电流传感器和电压传感器；所述电流传感器连接在所述N/3个整流器与所述N相永磁发电机之间，用于检测所述N/3组绕组的电流信息，每一组绕组包括3个电流传感器；所述电压传感器连接在所述N/3个整流器与所述N相永磁发电机之间，用于检测所述N/3组绕组的电压信息，每一组绕组包括2个电压传感器。

进一步地，上述系统还包括：显示装置；所述显示装置与所述电流传感器电连接，用于接收所述电流传感器检测到的电流信息，并将所述电流传感器检测到的电流信息进行显示；所述显示装置与所述电压传感器电连接，用于接收所述电压传感器检测到的电压信息，并将所述电压传感器检测到的电压信息进行显示。

进一步地，上述系统还包括：报警单元；所述报警单元设有电流阈值，所述报警单元用于获取所述电流信息，当所述电流信息大于所述电流阈值时，报警单元开始报警；所述报警单元还设有电压阈值，所述报警单元还用于获取所述电压信息，当所述电压信息大于所述电压阈值时，报警单元开始报警。

可选的，上述系统还包括：电容；所述电容连接在所述第一输出端与所述第二输出端之间，用于稳定所述第一输出端与所述第二输出端之间的直流电压。

可选的，上述系统还包括：预充电模块；所述预充电模块设置在所述第一输出端上，用于防止电源接通瞬间，所述电容产生过电流，对上述系统造成损坏。

可选的，上述系统还包括：逆变单元；所述逆变单元设置在所述第一输出端与所述第二输出端之间，用于将所述直流电压变转换为交流电压，为交流电动机供电。

本发明提供的多相永磁发电机整流系统，通过设置N相永磁发电机和N/3个整流器，该N相永磁发电机包括N/3组绕组，每组绕组包含3个绕组，将该N/3组绕组与所述N/3个整流器一一对应连接，以使每一组绕组为对应连接的整流器提供三相交流电，该N/3个整流器中的第一整流器包括第一输出端和第二输出端，该N/3个整流器中的第二整流器包括第一接口和第二接口，将第一接口与所述第一输出端连接，将第二接口与所述第二输出端连接，使得有轨车辆在运行过程中，当多相永磁发电机整流系统中有整流器出现故障时，剩余的整流器仍然可以将多相永磁发电机提供的三相交流电转换为直流电压，并从第一输出端和第二输出端输出，为后续负载提供电能输出，或者当多相永磁发电机中的若干组绕组出现故障时，剩余组的绕组仍然可以继续工作，为后续负载提供电能输出，从而带动有轨车辆继续运行。同时，采用多相永磁发电机供电使得流经每个绕组的电流值减小，降低了整流器功率器件的容量，非常适合电流大的大功率负载。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本发明提供的多相永磁发电机整流系统实施例一的电路图；

图1b为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例一的电路图；

图2a为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例二的电路图；

图2b为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例二的另一电路图；

图3为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例三的电路图。

附图标记说明：

10：N相永磁发电机； 11:第一整流器； 111：第一输出端；

112：第二输出端； 12：第二整流器； 121：第一接口；

122：第二接口； 13：电流传感器； 14：电压传感器；

15：显示装置； 16：报警单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要解释的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供的多相永磁发电机整流系统可以应用于多种类型的内燃有轨车辆，例如：内燃机车和内燃动车等。该有轨车辆可以是柴油机驱动的有轨车辆，也可以是汽油机驱动的有轨车辆，本发明对此不做限定。

当发电机整流系统中的发电机绕组发生故障或者整流桥上的整流器发生故障时，现有技术中的三相永磁同步发电机便无法给电动机继续供电，从而导致有轨车辆停止运行。本发明旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

图1a为本发明提供的多相永磁发电机整流系统实施例一的电路图，图1b为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例一的电路图。本实施一例提供的多相永磁发电机整流系统，包括：N相永磁发电机10和N/3个整流器，其中，N大于3且N为3的整数倍；所述N相永磁发电机10包括N/3组绕组，每组绕组包含3个绕组，所述N/3组绕组与所述N/3个整流器一一对应连接，每一组绕组为对应连接的整流器提供三相交流电；所述N/3个整流器中的第一整流器11包括第一输出端111和第二输出端112，所述第一输出端111的电势大于所述第二输出端112的电势；所述N/3个整流器中的第二整流器12包括第一接口121和第二接口122，所述第一接口121的电势大于所述第二接口122的电势，所述第一接口121与所述第一输出端111连接，所述第二接口122与所述第二输出端112连接，所述第二整流器12的个数为N/3-1个。

可选的，用户可以根据与发电机整流系统相连接的负载的功率自行设定该发电机整流系统的绕组个数。当发电机整流系统中绕组个数为N时，该N个绕组可输出N个相位的交流电，即该发电机整流系统中的永磁发电机可输出N相交流电，则该永磁发电机被称为N相永磁发电机10。可选的，上述N个绕组在发电机中的连接方式可以为Y接，也可以为三角接，而且N为3的整数倍。

举例来说，用户根据与发电机整流系统相连接的负载的功率，选择使用九相永磁发电机，参见图1b所示，该九相永磁发电机包含9个绕组，该9个绕组在发电机内的连接方式选为Y接，该9个绕组被分为3组，每组绕组包含3个绕组，其中每组绕组均可输出三相交流电，该三组绕组与3个整流器一一对应连接，每一组绕组为与其对应连接的整流器提供三相交流电。

上述整流器可以是能把三相交流电转换成直流电的任何装置，可选的，整流器可由6个二极管组成，也可由6个可控性开关器件组成。本实施例中的N相永磁发电机10整流系统中的整流器可被分为两类，即第一整流器11和第二整流器12，其中，第一整流器11的个数为1个，第二整流器12的个数为N/3-1个。第一整流器11包括第一输出端111和第二输出端112，第二整流器12包括第一接口121和第二接口122，其中第一接口121和第一输出端111连接，第二接口122与第二输出端112连接，第一输出端111和第二输出端112相当于电源的正负极，

以九相永磁发电机整流系统为例，继续参见图1b所示，该九相永磁发电机整流系统包含3个整流器，其中任意一个整流器均可为第一整流器11，剩余两个整流器为第二整流器12，将九相永磁发电机提供的三组绕组中的一组绕组与该第一整流器11连接，并为该第一整流器11提供三相交流电，该三相交流电经过第一整流器11后转换为直流电压，并从第一输出端111和第二输出端112输出。该三组绕组中的另外两组绕组与其余两个整流器连接，即与第二整流器12连接，为第二整流器12提供三相交流电，该三相交流电经过第二整流器12后也转换变为直流电压，从第一接口121和第二接口122输出，第一接口121的电势大于第二接口122的电势，将第二整流器12的第一接口121连接到第一整流器11的第一输出端111，将第二整流器12的第二接口122连接到第一整流器11的第二输出端112，则经过3个整流器转换成的直流电压便均可从第一输出端111和第二输出端112进行输出。使得当九相永磁发电机整流系统中有一个或两个整流器出现故障时，剩余的整流器仍然可以将九相永磁发电机提供的三相交流电转换为直流电压，并从第一输出端111和第二输出端112输出，为后续负载提供电能，或者当九相永磁发电机中的一组或两组绕组出现故障时，剩余的绕组仍然可以继续工作，为后续负载提供电能输出，同时，采用九相永磁发电机供电使得流经每个绕组的电流值减小，降低了整流器的功率器件的容量，非常适合电流大的大功率负载。

本发明提供的多相永磁发电机整流系统，通过设置N相永磁发电机和N/3个整流器，该N相永磁发电机包括N/3组绕组，每组绕组包含3个绕组，将该N/3组绕组与所述N/3个整流器一一对应连接，以使每一组绕组为对应连接的整流器提供三相交流电，该N/3个整流器中的第一整流器包括第一输出端和第二输出端，该N/3个整流器中的第二整流器包括第一接口和第二接口，将第一接口与所述第一输出端连接，将第二接口与所述第二输出端连接，使得有轨车辆在运行过程中，当多相永磁发电机整流系统中有整流器出现故障时，剩余的整流器仍然可以将多相永磁发电机提供的三相交流电转换为直流电压，并从第一输出端和第二输出端输出，为后续负载提供电能输出，或者当多相永磁发电机中的若干组绕组出现故障时，剩余组的绕组仍然可以继续工作，为后续负载提供电能输出，从而带动有轨车辆继续运行。同时，采用多相永磁发电机供电使得流经每个绕组的电流值减小，降低了整流器功率器件的容量，非常适合电流大的大功率负载。

图2a为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例二的电路图。在图1b所示的实施例基础上，本实施例提供的多相永磁发电机整流系统，还包括：电流传感器13和电压传感器14；所述电流传感器13连接在所述N/3个整流器与所述N相永磁发电机之间，用于检测所述N/3组绕组的电流信息，每一组绕组包括3个电流传感器13；所述电压传感器14连接在所述N/3个整流器与所述N相永磁发电机之间，用于检测所述N/3组绕组的组内电压信息，每一组绕组包括2个电压传感器14。

为了检测N/3组绕组内每个绕组上的电流信息和N/3组绕组内两个绕组之间的电压信息，以判断该N/3组绕组内每个绕组是否出现故障，参见图2a所示，可在N/3组绕组内每个绕组上连接一个电流传感器13，以测量每个电流传感器13所在绕组上的电流信息，每组绕组内电流传感器13的数量为3个，9个电流传感器分别用TA1-TA9表示。还可在N/3组绕组内两个绕组之间连接一个电压传感器14，以测量N/3组绕组内两个绕组之间的电压信息，每组绕组内电压传感器14的个数为2个，6个电压传感器分别用TV1-TV6表示。

图2b为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例二的另一电路图,图2b只示出该九相永磁发电机整流系统的一部分。为了使用户能及时了解N/3组绕组内每个绕组上的电流信息和N/3组绕组内两个绕组之间的电压信息，本实施例提供的多相永磁发电机整流系统，还包括：显示装置15；参见图2b所示，所述显示装置15与所述电流传感器13电连接，用于接收所述电流传感器13检测到的电流信息，并将所述电流传感器13检测到的电流信息进行显示；所述显示装置15还与所述电压传感器14电连接，还用于接收所述电压传感器14检测到的电压信息，并将所述电压传感器14检测到的电压信息进行显示。

上述显示装置15可以是阴极射线管显示器，等离子显示器或液晶显示器，参见图2b所示，九相永磁发电机整流系统包含九个电流传感器13，该九个电流传感器13均与显示装置15相连接，在九相永磁发电机整流系统工作过程中，九个电流传感器13实时对所在的九个绕组上的电流信息进行检测，并将检测到的结果实时发送给显示装置15，显示装置15接收到该电流信息后，以一定格式将其显示出来，可选的，显示装置15可将接收到的电流信息以表1中的格式进行显示：

表1

其中，R1表示第一整流器11，TA1-TA3代表与R1连接的3个电流传感器，与电流传感器TA1-TA3对应的x，y和z分别表示显示装置15当前接收到的TA1-TA3的具体值。R2代表第二整流器12，R21，R22代表属于第二整流器12类型的两个整流器；TA4-TA6代表与R21相连接的3个电流传感器，与电流传感器TA4-TA6对应的x，y和z分别表示显示装置15当前接收到的TA4-TA6的具体值。TA7-TA9代表与R22相连接的3个电流传感器，与电流传感器TA7-TA9对应的x，y和z分别表示显示装置15当前接收到的TA7-TA9的具体值。继续参见图2b所示，该九相永磁发电机整流系统的6个电压传感器14也与显示装置15相连接，在九相永磁发电机整流系统工作过程中，6个电压传感器14实时对每组绕组内两个绕组之间的电压信息进行检测，并将检测到的结果实时发送给显示装置15，显示装置15接收到该电压信息后，以一定格式将其显示出来，该显示格式可参照表1中电流信息的显示格式，在此不再赘述。

显示装置15对上述电流信息和电压信息进行显示后，用户可以在该显示装置15上实时观测N/3组绕组内每个绕组上的电流信息和N/3组绕组内两个绕组之间的电压信息，并根据观测到的信息的异常及时排查出现故障的器件，并及时对其进行维修。

本发明提供的多相永磁发电机整流系统，通过在N/3组绕组内每个绕组上连接一个电流传感器，以测量每个电流传感器所在绕组上的电流信息，在N/3组绕组内两个绕组之间连接一个电压传感器，以测量N/3组绕组内两个绕组之间的电压信息，并将电流传感器与电压传感器与显示装置相连接，使该显示装置对电流传感器和电压传感器检测到的电流信息和电压信息进行实显示，使得可以用户根据显示的信息的异常及时排查出现故障的器件，并及时对其进行维修，提高了有轨车辆行驶过程中的安全性。

图3为本发明提供的九相永磁发电机整流系统实施例三的电路图。图3只示出该九相永磁发电机整流系统的一部分。在图2a所示的实施例基础上，本实施例提供的九相永磁发电机整流系统，还包括：报警单元16；所述报警单元16设有电流阈值，所述报警单元16用于获取所述电流信息，当所述电流信息大于所述电流阈值时，报警单元16开始报警；所述报警单元16还设有电压阈值，所述报警单元16还用于获取所述电压信息，当所述电压信息大于所述电压阈值时，报警单元16开始报警。

与多相永磁发电机连接的负载功率不同时，N/3组绕组内每个绕组上的电流值不同，用户可根据与多相永磁发电机相连接的负载对N/3组绕组内每个绕组上的电流值进行计算，并将计算得到的电流值设置为对应绕组上的电流阈值，例如，当用户使用九相永磁发电机整流系统为与其相连接的负载供电时，通过计算确定流经与第一整流器R1相连接的电流传感器TA1的电流值为m安培，则将该电流传感器TA1所在绕组上的电流阈值设为m，在该九相永磁电动机整流系统工作过程中，该电流传感器TA1实时检测其所在绕组上的电流信息，且该电流信息被报警单元16实时获取，当报警单元16获取到的电流信息大于m时，开始报警，用户便可获知使用的九相发电机整流系统出现故障，进而及时排查出现故障的器件，并对其进行维修，提高了有轨车辆行驶过程中的安全性。。

同时，用户还可根据该多相永磁发电机的输出电压确定N/3组绕组内两个绕组之间的电压值，并将该电压值设置为该两个绕组之间的电压阈值，在该九相永磁电动机整流系统工作过程中，电压传感器14实时检测N/3组绕组内两个绕组之间电压信息，且该电流信息被报警单元16实时获取，当报警单元16获取到的电压信息大于上述电压阈值时，开始报警，用户便可获知使用的九相发电机整流系统出现故障，进而及时排查出现故障的器件，并对其进行维修，提高了有轨车辆行驶过程中的安全性。

可选的，为了稳定第一输出端111与第二输出端112之间的直流电压，还可在第一输出端111与第二输出端112之间连接电容。

进一步地，为了防止电源接通瞬间电容两端产生过电流，对多相永磁发电机整流系统造成损坏，还可在第一输出端111上设置预充电模块。

可选的，如果需要为交流电动机供电，还可在第一输出端111与第二输出端112之间设置逆变单元，用于将第一输出端111与第二输出端112之间的直流电压转换为交流电。

本发明提供的九相永磁发电机整流系统，通过设置报警单元，并在报警单元中设置电流阈值和电压阈值，使得用户在报警单元获取到的电流信息和电压信息小于上述电流阈值和电压阈值时，可听到报警声，即获知使用的多相发电机整流系统出现故障，进而及时排查出现故障的器件，并对其进行维修，提高了有轨车辆行驶过程中的安全性。同时，通过在第一输出端与第二输出端之间连接电容，对第一输出端与第二输出端之间的直流电压起到稳定作用。通过第一输出端上设置预充电模块，可降低电源接通瞬间电容两端短路时，对N/3个整流器造成的损坏程度。通过在第一输出端与第二输出端之间设置逆变单元，可将第一输出端与第二输出端之间的直流电压转换为交流电，为交流电动机供电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种多相永磁发电机整流系统，其特征在于，包括：

N相永磁发电机和N/3个整流器，其中，N大于3且N为3的整数倍；

所述N相永磁发电机包括N/3组绕组，每组绕组包含3个绕组，所述N/3组绕组与所述N/3个整流器一一对应连接，每一组绕组为对应连接的整流器提供三相交流电；

所述N/3个整流器中的第一整流器包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的电势大于所述第二输出端的电势；

所述N/3个整流器中的第二整流器包括第一接口和第二接口，所述第一接口的电势大于所述第二接口的电势，所述第一接口与所述第一输出端连接，所述第二接口与所述第二输出端连接，所述第二整流器的个数为N/3-1个。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述N/3个整流器中每个整流器包括6个二极管。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：电流传感器和电压传感器；

所述电流传感器连接在所述N/3个整流器与所述N相永磁发电机之间，用于检测所述N/3组绕组的电流信息，每一组绕组包括3个电流传感器；

所述电压传感器连接在所述N/3个整流器与所述N相永磁发电机之间，用于检测所述N/3组绕组的电压信息，每一组绕组包括2个电压传感器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：显示装置；

所述显示装置与所述电流传感器电连接，用于接收所述电流传感器检测到的电流信息，并将所述电流传感器检测到的电流信息进行显示；

所述显示装置还与所述电压传感器电连接，用于接收所述电压传感器检测到的电压信息，并将所述电压传感器检测到的电压信息进行显示。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：报警单元；

所述报警单元设有电流阈值，所述报警单元用于获取所述电流信息，当所述电流信息大于所述电流阈值时，报警单元开始报警；

所述报警单元还设有电压阈值，所述报警单元还用于获取所述电压信息，当所述电压信息大于所述电压阈值时，报警单元开始报警。

6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，还包括：电容；

所述电容连接在所述第一输出端与所述第二输出端之间，用于稳定所述第一输出端与所述第二输出端之间的直流电压。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：预充电模块；

所述预充电模块设置在所述第一输出端上，用于防止电源接通瞬间，所述电容两端产生过电流，对所述系统造成损坏。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：逆变单元；

所述逆变单元设置在所述第一输出端与所述第二输出端之间，用于将所述直流电压变转换为交流电压，为交流电动机供电。