CN110011580A - 一种开关磁阻发电机变流系统 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻发电机变流系统，由第一相绕组变流电路、第二相绕组变流电路、第三相绕组变流电路、双馈变流电路、蓄电池、隔离变换器组成，各相绕组变流电路结构相同相互并联连接，可扩展性强，蓄电池经隔离变换器充当励磁电源之一，各相绕组变流电路内部具有专门电容器作为第二励磁电源，加之励磁时每相绕组又分为两个绕组并联，从而起到双强化励磁效果，双馈交流电路采用同一套变流电路，除可正向向蓄电池灵活充电，还可以必要时反向向输出端馈能，各相绕组变流电路的全部开关管为单脉波开关模式，开关损耗小，本发明适合于开关磁阻发电机系统领域。

Description

一种开关磁阻发电机变流系统

技术领域

本发明涉及开关磁阻发电机系统领域，具体涉及一种可变发电电压、强化励磁、双馈电能的低损耗可扩展性强的开关磁阻发电机变流器及其控制方法。

背景技术

开关磁阻电机结构简单坚固，转子上无绕组散热压力小，作为发电机使用具有广泛应用前景，而开关磁阻发电机的变流器是其正常工作的重要保障，这点与传统发电机不同，没有变流器，开关磁阻发电机就无法工作，所以，开关磁阻发电机变流系统是其整个系统正常以及更好的工作的核心。

开关磁阻发电机工作期间主要分为励磁和发电两大阶段，并分时进行，励磁阶段吸收电能，发电阶段释放电能，主要由其变流器进行变流控制，由于运行中可发电及可励磁的定转子相对位置区域非常短暂，励磁阶段希望尽快完成，也就是希望尽快强化励磁使得相绕组电流尽快建立起来，从而为后续发电阶段争取更多时间，提高整体的发电输出能力。

励磁阶段相绕组电流和电压容易控制，这在近几年来从变流器结构和不同控制方法上，均出现了一些实例，但发电阶段的发电电压很难控制，如果发电电压能有效控制，则对开关磁阻发电机系统的更好的控制，尤其MPPT控制，提高电能输出能力，以及提高系统可靠性等方面，势必有较大帮助。

在励磁阶段改变励磁电压和电流方面，目前业界从变流器结构和控制方法上已经在近几年出现了一些，当励磁电源来自于蓄电池时，对于提高变流系统电流稳定性是有好处的，但蓄电池电能容易耗尽，所以业界也出现了一些利用其开关磁阻发电机自身发出的电能反馈给蓄电池充电的实例，但是，当出现发电输出侧的负载过大，或者典型的风电工况并网时因负载过大电压骤降以及低电压穿越时，即使是满电的蓄电池，也爱莫能助，无法反向给负载侧供电，但即使能供电，由于励磁所需电压往往低于发电电压，所以直接利用蓄电池反馈给负载侧也很难起到作用，要么还要单独再设计抬高电压的升压变流器，势必增加了成本，也使得结构和控制复杂化。

对于变流系统来说，开关管的开关损耗，尤其是高频开关工作时，是整个发电系统不能忽视的问题，使得系统的效率下降，发热问题突出，可靠性低，业界常规的方法是采用软开关技术，但势必使得结构更复杂，控制也复杂化，所以开关管的简易结构和简单控制模式的低开关损耗是电力电子届的发展方向。

常见的开关磁阻发电机定子绕组相数有两相、三相、四相、五相等，所以其变流系统的结构和控制，如能适应不同相数绕组的开关磁阻发电机，或者经简易增删扩展适应新的相数的开关磁阻发电机，则势必有更好的应用前景。

发明内容

根据以上的背景技术，本发明就提出了一种双强励磁结构及方式、简易变发电电压结构和控制、双馈变流、低开关损耗的扩展性强的开关磁阻发电机变流系统及其控制方法。

本发明的技术方案为：

一种开关磁阻发电机变流系统，由第一相绕组变流电路、第二相绕组变流电路、第三相绕组变流电路、双馈变流电路、蓄电池、隔离变换器组成，其技术特征是，所述第一相绕组变流电路输入正极端、所述第二相绕组变流电路输入正极端、所述第三相绕组变流电路输入正极端连接，并与所述隔离变换器输出正极端连接，第一相绕组变流电路输入负极端、第二相绕组变流电路输入负极端、第三相绕组变流电路输入负极端连接，并与隔离变换器输出负极端连接，第一相绕组变流电路输出正极端、第二相绕组变流电路输出正极端、第三相绕组变流电路输出正极端连接，并与所述双馈变流电路输入正极端连接，同时作为开关磁阻发电机电能输出正极端，第一相绕组变流电路输出负极端、第二相绕组变流电路输出负极端、第三相绕组变流电路输出负极端连接，并与双馈变流电路输入负极端连接，同时作为开关磁阻发电机电能输出负极端，双馈变流电路输出正极端连接所述蓄电池正极，以及隔离变换器输入正极端，双馈变流电路输出负极端连接蓄电池负极，以及隔离变换器输入负极端。

所述第一相绕组变流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一相绕组一绕组、第一相绕组二绕组、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电容器、第二电容器组成，其技术特征是，所述第一二极管阳极作为第一相绕组变流电路输入正极端，第一二极管阴极连接所述第二二极管阳极、所述第一相绕组一绕组一端，第二二极管阴极连接所述第一开关管阴极、所述第一相绕组二绕组一端，第一开关管阳极连接第一相绕组一绕组另一端、所述第三二极管阳极，第三二极管阴极连接第一相绕组二绕组另一端、所述第四二极管阳极、所述第五二极管阳极、所述第二开关管阳极，第四二极管阴极连接所述第一电容器一端、所述第三开关管阳极，第一电容器另一端连接第二开关管阴极、所述第六二极管阳极、所述第七二极管阴极，第五二极管阴极连接所述第二电容器一端，并作为第一相绕组变流电路输出正极端，第三开关管阴极连接第六二极管阴极，并作为第一相绕组变流电路输入负极端，第七二极管阳极连接第二电容器另一端，并作为第一相绕组变流电路输出负极端。

所述第二相绕组变流电路由第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第二相绕组一绕组、第二相绕组二绕组、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三电容器、第四电容器组成，其技术特征是，所述第八二极管阳极作为第二相绕组变流电路输入正极端，第八二极管阴极连接所述第九二极管阳极、所述第二相绕组一绕组一端，第九二极管阴极连接所述第四开关管阴极、所述第二相绕组二绕组一端，第四开关管阳极连接第二相绕组一绕组另一端、所述第十二极管阳极，第十二极管阴极连接第二相绕组二绕组另一端、所述第十一二极管阳极、所述第十二二极管阳极、所述第五开关管阳极，第十一二极管阴极连接所述第三电容器一端、所述第六开关管阳极，第三电容器另一端连接第五开关管阴极、所述第十三二极管阳极、所述第十四二极管阴极，第十二二极管阴极连接所述第四电容器一端，并作为第二相绕组变流电路输出正极端，第六开关管阴极连接第十三二极管阴极，并作为第二相绕组变流电路输入负极端，第十四二极管阳极连接第四电容器另一端，并作为第二相绕组变流电路输出负极端。

所述第三相绕组变流电路由第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第三相绕组一绕组、第三相绕组二绕组、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第五电容器、第六电容器组成，其技术特征是，所述第十五二极管阳极作为第三相绕组变流电路输入正极端，第十五二极管阴极连接所述第十六二极管阳极、所述第三相绕组一绕组一端，第十六二极管阴极连接所述第七开关管阴极、所述第三相绕组二绕组一端，第七开关管阳极连接第三相绕组一绕组另一端、所述第十七二极管阳极，第十七二极管阴极连接第三相绕组二绕组另一端、所述第十八二极管阳极、所述第十九二极管阳极、所述第八开关管阳极，第十八二极管阴极连接所述第五电容器一端、所述第九开关管阳极，第五电容器另一端连接第八开关管阴极、所述第二十二极管阳极、所述第二十一二极管阴极，第十九二极管阴极连接所述第六电容器一端，并作为第三相绕组变流电路输出正极端，第九开关管阴极连接第二十二极管阴极，并作为第三相绕组变流电路输入负极端，第二十一二极管阳极连接第六电容器另一端，并作为第三相绕组变流电路输出负极端。

所述双馈变流电路由第七电容器、第八电容器、第九电容器、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第二十二二极管、第二十三二极管、第二十四二极管、第二十五二极管、第一电感、第二电感组成，其技术特征是，所述第七电容器一端连接所述第十开关管阳极、所述第二十二二极管阴极，并作为双馈变流电路输入正极端，第七电容器另一端连接所述第十一开关管阴极、所述第二十三二极管阳极、所述第九电容器一端、所述第二电感一端，并作为双馈变流电路输出负极端，第十开关管阴极连接第二十二二极管阳极、第二十三二极管阴极、第十一开关管阳极、所述第一电感一端，第一电感另一端连接第九电容器另一端、所述第八电容器一端、所述第十二开关管阳极、所述第二十四二极管阴极，并作为双馈变流电路输出正极端，第八电容器另一端连接所述第十三开关管阴极、所述第二十五二极管阳极，第十三开关管阳极连接第二十五二极管阴极、第二十四二极管阳极、第十二开关管阴极、第二电感另一端。

本发明一种开关磁阻发电机变流系统的控制方法，开关磁阻发电机的各相绕组所在的各相绕组变流电路根据开关磁阻发电机的转子位置信息投入工作，没有投入工作时各个开关管均处于断开状态；当检测到蓄电池电量低于下限，并且开关磁阻发电机电能输出两端即双馈变流电路输入两端电压高于下限值时，双馈变流电路正向工作向蓄电池充电，当检测到蓄电池电量高于下限，并且开关磁阻发电机电能输出两端即双馈变流电路输入两端电压低于下限值时，双馈变流电路反向工作将蓄电池电能馈入开关磁阻发电机电能输出两端。

根据转子位置信息，当第一相绕组一绕组和第一相绕组二绕组需投入工作时，第一相绕组变流电路投入工作，首先同时闭合第二开关管和第三开关管，进入向第一相绕组一绕组和第一相绕组二绕组励磁储能的励磁阶段，根据转子位置信息该励磁阶段结束时断开第二开关管和第三开关管，进入发电阶段，发电阶段期间第一开关管为PWM控制模式，其占空比最小为0，最大为1，开关磁阻发电机电能输出端电压值要求的越高，第一开关管的占空比越大；

根据转子位置信息，当第二相绕组一绕组和第二相绕组二绕组需投入工作时，第二相绕组变流电路投入工作，首先同时闭合第五开关管和第六开关管，进入向第二相绕组一绕组和第二相绕组二绕组励磁储能的励磁阶段，根据转子位置信息该励磁阶段结束时断开第五开关管和第六开关管，进入发电阶段，发电阶段期间第四开关管为PWM控制模式，其占空比最小为0，最大为1，开关磁阻发电机电能输出端电压值要求的越高，第四开关管的占空比越大；

根据转子位置信息，当第三相绕组一绕组和第三相绕组二绕组需投入工作时，第三相绕组变流电路投入工作，首先同时闭合第八开关管和第九开关管，进入向第三相绕组一绕组和第三相绕组二绕组励磁储能的励磁阶段，根据转子位置信息该励磁阶段结束时断开第八开关管和第九开关管，进入发电阶段，发电阶段期间第七开关管为PWM控制模式，其占空比最小为0，最大为1，开关磁阻发电机电能输出端电压值要求的越高，第七开关管的占空比越大。

隔离变换器接收蓄电池的电能，经磁隔离后输出给各相绕组变流电路作为励磁电源，双馈变流电路正向工作时向蓄电池充电，反向工作时将蓄电池的电能变换输出给开关磁阻发电机电能输出两端。

当双馈变流电路正向工作时，第十开关管和第十三开关管同时开关，并按照相同的占空比进行PWM模式工作，第十开关管和第十三开关管的占空比大小具体根据蓄电池对充电电压和电流的要求决定。

当双馈变流电路反向工作时，第十一开关管和第十二开关管同时开关，并按照相同的占空比进行PWM模式工作，第十一开关管和第十二开关管的占空比大小具体根据开关磁阻发电机电能输出两端侧对电压的要求决定。

本发明的技术效果主要有：

(1)本发明的各相绕组变流电路结构相同，均将一相绕组分为两个分支，并在励磁时并联，从而相对同一相绕组串联的接法，获得双倍的励磁强化效果，同时励磁阶段中第一电容器/第三电容器/第五电容器对各自相绕组励磁中也进一步提供励磁电能来源，增强励磁效果，从而使得励磁电流更快速的建立，增强系统的发电能力，即本发明实现了两种强化励磁的方式。

(2)在各相绕组变流电路工作的发电阶段，通过对第一开关管/第四开关管/第七开关管的开关控制，可以实现对各自相绕组发电阶段发电电压的一定范围内的控制，本发明的结构和控制方式均及其简易。

(3)双馈变流电路正向工作时，向蓄电池充电，并且可灵活调节第十开关管和第十三开关管的占空比以满足最佳充电效果，也可以在蓄电池电量充足时而负载侧或网侧负载过大时反向馈能，馈能时可调节第十一开关管和第十二开关管的占空比以满足负载侧对电压的需求，从而实现相绕组发电和蓄电池供电双馈能模式，当无需双馈变流电路工作时则其开关管全部断开。

(4)本发明的各相绕组变流电路结构和控制模式完全相同，所以可扩展性强，对于三相绕组以外的其他相数开关磁阻发电机，经相绕组变流电路数量的增减后可完全胜任。

(5)从本发明的结构和控制方法可见，各相绕组变流电路的开关管均处于单脉波模式，而双馈变流电路在其两侧均不缺电时，其开关管全部断开不工作，所以纵观整个变流系统，开关损耗极低，提高了系统的发电效率。

附图说明

图1所示为本发明的一种开关磁阻发电机变流系统电路结构图。

图中，11：第一相绕组变流电路；12：第二相绕组变流电路；13：第三相绕组变流电路；2：双馈变流电路。

具体实施方式

本实施例的一种开关磁阻发电机变流系统，如附图1所示，其由第一相绕组变流电路11、第二相绕组变流电路12、第三相绕组变流电路13、双馈变流电路2、蓄电池X、隔离变换器组成，第一相绕组变流电路11输入正极端、第二相绕组变流电路12输入正极端、第三相绕组变流电路13输入正极端连接，并与隔离变换器输出正极端连接，第一相绕组变流电路11输入负极端、第二相绕组变流电路12输入负极端、第三相绕组变流电路13输入负极端连接，并与隔离变换器输出负极端连接，第一相绕组变流电路11输出正极端、第二相绕组变流电路12输出正极端、第三相绕组变流电路13输出正极端连接，并与双馈变流电路2输入正极端连接，同时作为开关磁阻发电机电能输出正极端，第一相绕组变流电路11输出负极端、第二相绕组变流电路12输出负极端、第三相绕组变流电路13输出负极端连接，并与双馈变流电路2输入负极端连接，同时作为开关磁阻发电机电能输出负极端，双馈变流电路2输出正极端连接蓄电池X正极，以及隔离变换器输入正极端，双馈变流电路2输出负极端连接蓄电池X负极，以及隔离变换器输入负极端。

第一相绕组变流电路11由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第一相绕组一绕组M1、第一相绕组二绕组M2、第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第一电容器C1、第二电容器C2组成，第一二极管D1阳极作为第一相绕组变流电路11输入正极端，第一二极管D1阴极连接第二二极管D2阳极、第一相绕组一绕组M1一端，第二二极管D2阴极连接第一开关管V1阴极、第一相绕组二绕组M2一端，第一开关管V1阳极连接第一相绕组一绕组M1另一端、第三二极管D3阳极，第三二极管D3阴极连接第一相绕组二绕组M2另一端、第四二极管D4阳极、第五二极管D5阳极、第二开关管V2阳极，第四二极管D4阴极连接第一电容器C1一端、第三开关管V3阳极，第一电容器C1另一端连接第二开关管V2阴极、第六二极管D6阳极、第七二极管D7阴极，第五二极管D5阴极连接第二电容器C2一端，并作为第一相绕组变流电路11输出正极端，第三开关管V3阴极连接第六二极管D6阴极，并作为第一相绕组变流电路11输入负极端，第七二极管D7阳极连接第二电容器C2另一端，并作为第一相绕组变流电路11输出负极端。

第二相绕组变流电路12由第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第二相绕组一绕组N1、第二相绕组二绕组N2、第四开关管V4、第五开关管V5、第六开关管V6、第三电容器C3、第四电容器C4组成，第八二极管D8阳极作为第二相绕组变流电路12输入正极端，第八二极管D8阴极连接第九二极管D9阳极、第二相绕组一绕组N1一端，第九二极管D9阴极连接第四开关管V4阴极、第二相绕组二绕组N2一端，第四开关管V4阳极连接第二相绕组一绕组N1另一端、第十二极管D10阳极，第十二极管D10阴极连接第二相绕组二绕组N2另一端、第十一二极管D11阳极、第十二二极管D12阳极、第五开关管V5阳极，第十一二极管D11阴极连接第三电容器C3一端、第六开关管V6阳极，第三电容器C3另一端连接第五开关管V5阴极、第十三二极管D13阳极、第十四二极管D14阴极，第十二二极管D12阴极连接第四电容器C4一端，并作为第二相绕组变流电路12输出正极端，第六开关管V6阴极连接第十三二极管D13阴极，并作为第二相绕组变流电路12输入负极端，第十四二极管D14阳极连接第四电容器C4另一端，并作为第二相绕组变流电路12输出负极端。

第三相绕组变流电路13由第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17、第十八二极管D18、第十九二极管D19、第二十二极管D20、第二十一二极管D21、第三相绕组一绕组P1、第三相绕组二绕组P2、第七开关管V7、第八开关管V8、第九开关管V9、第五电容器C5、第六电容器C6组成，第十五二极管D15阳极作为第三相绕组变流电路13输入正极端，第十五二极管D15阴极连接第十六二极管D16阳极、第三相绕组一绕组P1一端，第十六二极管D16阴极连接第七开关管V7阴极、第三相绕组二绕组P2一端，第七开关管V7阳极连接第三相绕组一绕组P1另一端、第十七二极管D17阳极，第十七二极管D17阴极连接第三相绕组二绕组P2另一端、第十八二极管D18阳极、第十九二极管D19阳极、第八开关管V8阳极，第十八二极管D18阴极连接第五电容器C5一端、第九开关管V9阳极，第五电容器C5另一端连接第八开关管V8阴极、第二十二极管D20阳极、第二十一二极管D21阴极，第十九二极管D19阴极连接第六电容器C6一端，并作为第三相绕组变流电路13输出正极端，第九开关管V9阴极连接第二十二极管D20阴极，并作为第三相绕组变流电路13输入负极端，第二十一二极管D21阳极连接第六电容器C6另一端，并作为第三相绕组变流电路13输出负极端。

双馈变流电路2由第七电容器C7、第八电容器C8、第九电容器C9、第十开关管V10、第十一开关管V11、第十二开关管V12、第十三开关管V13、第二十二二极管D22、第二十三二极管D23、第二十四二极管D24、第二十五二极管D25、第一电感L1、第二电感L2组成，第七电容器C7一端连接第十开关管V10阳极、第二十二二极管D22阴极，并作为双馈变流电路2输入正极端，第七电容器C7另一端连接第十一开关管V11阴极、第二十三二极管D23阳极、第九电容器C9一端、第二电感L2一端，并作为双馈变流电路2输出负极端，第十开关管V10阴极连接第二十二二极管D22阳极、第二十三二极管D23阴极、第十一开关管V11阳极、第一电感L1一端，第一电感L1另一端连接第九电容器C9另一端、第八电容器C8一端、第十二开关管V12阳极、第二十四二极管D24阴极，并作为双馈变流电路2输出正极端，第八电容器C8另一端连接第十三开关管V13阴极、第二十五二极管D25阳极，第十三开关管V13阳极连接第二十五二极管1D25阴极、第二十四二极管D24阳极、第十二开关管V12阴极、第二电感L2另一端。

第一相绕组一绕组M1和第一相绕组二绕组M2组成第一相绕组M，M1和M2绕制于对称的两个开关磁阻发电机定子凸极上；第二相绕组一绕组N1和第二相绕组二绕组N2组成第二相绕组N，N1和N2绕制于对称的两个开关磁阻发电机定子凸极上；第三相绕组一绕组P1和第三相绕组二绕组P2组成第三相绕组P，P1和P2绕制于对称的两个开关磁阻发电机定子凸极上。

第一相绕组变流电路11、第二相绕组变流电路12、第三相绕组变流电路结构相同，所用全部开关管相同，第一电容器C1、第三电容器C3、第五电容器C5相同，第二电容器C2、第四电容器C4、第六电容器C6相同。

第十开关管V10和第十三开关管V13相同，第十一开关管V11和第十二开关管V12相同，第七电容器C7和第八电容器C8相同。

本实施例中全部开关管为全控型开关管，包括IGBT或电力MOSFET或GTO或GTR等，除本实施例所述变流系统外，另需转子位置检测装置，以及相绕组电流、各输出电压电流、各输入电压电流等检测装置等，并通过专门控制器根据这些检测装置信号输入后产生驱动信号给各个开关管。

本实施例的一种开关磁阻发电机变流系统的控制方法，开关磁阻发电机的各相绕组所在的各相绕组变流电路根据开关磁阻发电机的转子位置信息投入工作，没有投入工作时各个开关管均处于断开状态；当检测到蓄电池X电量低于下限，并且开关磁阻发电机电能输出两端即双馈变流电路2输入两端电压高于下限值时，双馈变流电路2正向工作向蓄电池X充电，当检测到蓄电池X电量高于下限，并且开关磁阻发电机电能输出两端即双馈变流电路2输入两端电压低于下限值时，双馈变流电路2反向工作将蓄电池X电能馈入开关磁阻发电机电能输出两端，无以上情况时双馈变流电路不工作，即其全部开关管为断开状态。

根据转子位置信息，当第一相绕组一绕组M1和第一相绕组二绕组M2需投入工作时，第一相绕组变流电路11投入工作，首先同时闭合第二开关管V2和第三开关管V3，进入向第一相绕组一绕组M1和第一相绕组二绕组M2励磁储能的励磁阶段，形成两个励磁回路：D1-D2-M2-V2-C1-V3和D1-M1-D3-V2-C1-V3，此时除隔离变换器提供励磁电源外，第一电容器C1的储能也共同提供励磁电源，起到增强励磁的效果，当然，如果开关磁阻发电机是起动运行后首次轮到第一相绕组变流电路11工作，则此时第一电容器C1由于无储能，所以励磁阶段由隔离变换器单独提供励磁电源，励磁回路将改变路径流经第四二极管D4和第三开关管V3而不经过第二开关管V2和第一电容器C1，此励磁阶段时第一相绕组一绕组M1和二绕组M2并联，所受励磁电压相对传统串联方式提高一倍，从而也起到强化励磁效果；待到根据转子位置信息该励磁阶段结束时断开第二开关管V2和第三开关管V3，则自动进入发电阶段，发电阶段期间第一开关管V1为PWM控制模式，其占空比最小为0，最大为1，开关磁阻发电机电能输出端电压值要求的越高，第一开关管V1的占空比越大，其中当第一开关管V1闭合导通时，发电回路有两个，分别是：D1-M1-V1-M2-D4-C1-D6和D1-M1-V1-M2-D5-C2-D7-D6，其中第一个回路为第一相绕组一绕组M1和二绕组M2串联发电输出并与隔离变换器输出电能一起给第一电容器C1充电，第二个回路为第一相绕组一绕组M1和二绕组M2串联发电输出并与隔离变换器输出电能一起给第二电容器C2充电的同时输出电能给开关磁阻发电机电能输出两端的负载或并入电网，发电阶段当第一开关管V1断开时，发电阶段发电回路路径有所不同，与第一开关管V1闭合导通时的区别仅仅在于现在的第一相绕组一绕组M1和二绕组M2变成了并联发电输出，而对于从输出侧即第二电容器C2侧看，第一开关管V1闭合导通时的给予第二电容器C2端的发电输出电压(简称发电电压)由于有第一相绕组一绕组M1和二绕组M2串联发电输出，所以势必大于第一开关管V1断开后第一相绕组一绕组M1和二绕组M2并联后的发电输出电压，相差一个M1或M2的电动势电压，所以，当第一开关管V1的开关占空比变化时，开关磁阻发电机发电输出端的发电电压平均值将变化，从而满足一定范围内的输出端负载或者并网电压的需求，增强了本实施例的适应性。

第二相绕组N和第三相绕组P所在的第二相绕组变流电路12和第三相绕组变流电路13的工作与以上第一相绕组变流电路11的工作模式完全相同，工作中具体的对应关系为：第八二极管D8和第十五二极管D15对应第一二极管D1，第九二极管D9和第十六二极管D16对应第二二极管D2，第二相绕组一绕组N1和第三相绕组一绕组P1对应第一相绕组一绕组M1，第四开关管V4和第七开关管V7对应第一开关管V1，第二相绕组二绕组N2和第三相绕组二绕组P2对应第一相绕组二绕组M2，第十二极管D10和第十七二极管D17对应第三二极管D3，第十一二极管D11和第十八二极管D18对应第四二极管D4，第六开关管V6和第九开关管V9对应第三开关管V3，第三电容器C3和第五电容器C5对应第一电容器C1，第十三二极管D13和第二十二极管D20对应第六二极管D6，第五开关管V5和第八开关管V8对应第二开关管V2，第十二二极管D12和第十九二极管D19对应第五二极管D5，第十四二极管D14和第二十一二极管D21对应第七二极管，第四电容器C4和第六电容器C6对应第二电容器C2。

隔离变换器接收蓄电池X的电能，经磁隔离后输出给各相绕组变流电路作为励磁电源，双馈变流电路2正向工作时向蓄电池X充电，反向工作时将蓄电池X的电能变换输出给开关磁阻发电机电能输出两端。

当双馈变流电路2正向工作时，第十开关管V10和第十三开关管V13同时开关，并按照相同的占空比进行PWM模式工作，第十开关管V10和第十三开关管V13的占空比大小具体根据蓄电池X对充电电压和电流的要求决定，工作中具体为，当第十开关管V10和第十三开关管V13闭合导通时，形成三个回路：V10-L1-C9-L2-V13、V10-L1-C9-C7、C9-L2-V13-C8，总体来说此时给第一电感L1和第二电感L2被充电并正向输出给蓄电池X及隔离变换器，当第十开关管V10和第十三开关管V13断开时，第一电感L1和第二电感L2储能释放，沿着两个回路：L1-C9-D23和L2-D24-C9向蓄电池X侧正向输出；

当双馈变流电路2反向工作时，第十一开关管V11和第十二开关管V12同时开关，并按照相同的占空比进行PWM模式工作，第十一开关管V11和第十二开关管V12的占空比大小具体根据开关磁阻发电机电能输出两端侧对电压的要求决定，工作中具体为，当第十一开关管V11和第十三开关管V13闭合导通时，形成四个回路：C9-L1-V11、C9-V12-L2、C8-L1-V11-C7、C8-V12-L2-C7，即此时蓄电池给第一电感L1和第二电感L2充电储能，同时第七电容器C7和第八电容器C8给开关磁阻发电机电能输出两端侧供电，待第十一开关管V11和第十二开关管V12断开时，形成三个回路，前两个回路为：C9-L1-D22-C7、C9-C8-D25-L2，此时相当于第一电感L1和第二电感L2的储能连同蓄电池X(第九电容器C9)分别向第七电容器C7和第八电容器C8充电，第三个回路是：D25-L2-C9-L1-D22，为前两个回路的综合，即第一电感L1和第二电感L2的储能连同蓄电池X(第九电容器C9)共同向开关磁阻发电机电能输出两端侧反向供电。

特别指出，由于各相绕组变流电路结构及控制模式均完全相同，所以除本发明的三相绕组的开关磁阻发电机之外，对其他相数的开关磁阻发电机当然处于同样的保护范围。

Claims (7)

1.一种开关磁阻发电机变流系统，由第一相绕组变流电路、第二相绕组变流电路、第三相绕组变流电路、双馈变流电路、蓄电池、隔离变换器组成，其技术特征是，所述第一相绕组变流电路输入正极端、所述第二相绕组变流电路输入正极端、所述第三相绕组变流电路输入正极端连接，并与所述隔离变换器输出正极端连接，第一相绕组变流电路输入负极端、第二相绕组变流电路输入负极端、第三相绕组变流电路输入负极端连接，并与隔离变换器输出负极端连接，第一相绕组变流电路输出正极端、第二相绕组变流电路输出正极端、第三相绕组变流电路输出正极端连接，并与所述双馈变流电路输入正极端连接，同时作为开关磁阻发电机电能输出正极端，第一相绕组变流电路输出负极端、第二相绕组变流电路输出负极端、第三相绕组变流电路输出负极端连接，并与双馈变流电路输入负极端连接，同时作为开关磁阻发电机电能输出负极端，双馈变流电路输出正极端连接所述蓄电池正极，以及隔离变换器输入正极端，双馈变流电路输出负极端连接蓄电池负极，以及隔离变换器输入负极端。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机变流系统，所述第一相绕组变流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一相绕组一绕组、第一相绕组二绕组、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电容器、第二电容器组成，其技术特征是，所述第一二极管阳极作为第一相绕组变流电路输入正极端，第一二极管阴极连接所述第二二极管阳极、所述第一相绕组一绕组一端，第二二极管阴极连接所述第一开关管阴极、所述第一相绕组二绕组一端，第一开关管阳极连接第一相绕组一绕组另一端、所述第三二极管阳极，第三二极管阴极连接第一相绕组二绕组另一端、所述第四二极管阳极、所述第五二极管阳极、所述第二开关管阳极，第四二极管阴极连接所述第一电容器一端、所述第三开关管阳极，第一电容器另一端连接第二开关管阴极、所述第六二极管阳极、所述第七二极管阴极，第五二极管阴极连接所述第二电容器一端，并作为第一相绕组变流电路输出正极端，第三开关管阴极连接第六二极管阴极，并作为第一相绕组变流电路输入负极端，第七二极管阳极连接第二电容器另一端，并作为第一相绕组变流电路输出负极端；

所述第二相绕组变流电路由第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第二相绕组一绕组、第二相绕组二绕组、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三电容器、第四电容器组成，其技术特征是，所述第八二极管阳极作为第二相绕组变流电路输入正极端，第八二极管阴极连接所述第九二极管阳极、所述第二相绕组一绕组一端，第九二极管阴极连接所述第四开关管阴极、所述第二相绕组二绕组一端，第四开关管阳极连接第二相绕组一绕组另一端、所述第十二极管阳极，第十二极管阴极连接第二相绕组二绕组另一端、所述第十一二极管阳极、所述第十二二极管阳极、所述第五开关管阳极，第十一二极管阴极连接所述第三电容器一端、所述第六开关管阳极，第三电容器另一端连接第五开关管阴极、所述第十三二极管阳极、所述第十四二极管阴极，第十二二极管阴极连接所述第四电容器一端，并作为第二相绕组变流电路输出正极端，第六开关管阴极连接第十三二极管阴极，并作为第二相绕组变流电路输入负极端，第十四二极管阳极连接第四电容器另一端，并作为第二相绕组变流电路输出负极端；

所述第三相绕组变流电路由第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第三相绕组一绕组、第三相绕组二绕组、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第五电容器、第六电容器组成，其技术特征是，所述第十五二极管阳极作为第三相绕组变流电路输入正极端，第十五二极管阴极连接所述第十六二极管阳极、所述第三相绕组一绕组一端，第十六二极管阴极连接所述第七开关管阴极、所述第三相绕组二绕组一端，第七开关管阳极连接第三相绕组一绕组另一端、所述第十七二极管阳极，第十七二极管阴极连接第三相绕组二绕组另一端、所述第十八二极管阳极、所述第十九二极管阳极、所述第八开关管阳极，第十八二极管阴极连接所述第五电容器一端、所述第九开关管阳极，第五电容器另一端连接第八开关管阴极、所述第二十二极管阳极、所述第二十一二极管阴极，第十九二极管阴极连接所述第六电容器一端，并作为第三相绕组变流电路输出正极端，第九开关管阴极连接第二十二极管阴极，并作为第三相绕组变流电路输入负极端，第二十一二极管阳极连接第六电容器另一端，并作为第三相绕组变流电路输出负极端。

3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机变流系统，所述双馈变流电路由第七电容器、第八电容器、第九电容器、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第二十二二极管、第二十三二极管、第二十四二极管、第二十五二极管、第一电感、第二电感组成，其技术特征是，所述第七电容器一端连接所述第十开关管阳极、所述第二十二二极管阴极，并作为双馈变流电路输入正极端，第七电容器另一端连接所述第十一开关管阴极、所述第二十三二极管阳极、所述第九电容器一端、所述第二电感一端，并作为双馈变流电路输出负极端，第十开关管阴极连接第二十二二极管阳极、第二十三二极管阴极、第十一开关管阳极、所述第一电感一端，第一电感另一端连接第九电容器另一端、所述第八电容器一端、所述第十二开关管阳极、所述第二十四二极管阴极，并作为双馈变流电路输出正极端，第八电容器另一端连接所述第十三开关管阴极、所述第二十五二极管阳极，第十三开关管阳极连接第二十五二极管阴极、第二十四二极管阳极、第十二开关管阴极、第二电感另一端。

4.根据权利要求1、2、3所述的一种开关磁阻发电机变流系统的控制方法，开关磁阻发电机的各相绕组所在的各相绕组变流电路根据开关磁阻发电机的转子位置信息投入工作，没有投入工作时各个开关管均处于断开状态；当检测到蓄电池电量低于下限，并且开关磁阻发电机电能输出两端即双馈变流电路输入两端电压高于下限值时，双馈变流电路正向工作向蓄电池充电，当检测到蓄电池电量高于下限，并且开关磁阻发电机电能输出两端即双馈变流电路输入两端电压低于下限值时，双馈变流电路反向工作将蓄电池电能馈入开关磁阻发电机电能输出两端。

5.根据权利要求1、2、4所述的一种开关磁阻发电机变流系统，其技术特征是，根据转子位置信息，当第一相绕组一绕组和第一相绕组二绕组需投入工作时，第一相绕组变流电路投入工作，首先同时闭合第二开关管和第三开关管，进入向第一相绕组一绕组和第一相绕组二绕组励磁储能的励磁阶段，根据转子位置信息该励磁阶段结束时断开第二开关管和第三开关管，进入发电阶段，发电阶段期间第一开关管为PWM控制模式，其占空比最小为0，最大为1，开关磁阻发电机电能输出端电压值要求的越高，第一开关管的占空比越大；

根据转子位置信息，当第二相绕组一绕组和第二相绕组二绕组需投入工作时，第二相绕组变流电路投入工作，首先同时闭合第五开关管和第六开关管，进入向第二相绕组一绕组和第二相绕组二绕组励磁储能的励磁阶段，根据转子位置信息该励磁阶段结束时断开第五开关管和第六开关管，进入发电阶段，发电阶段期间第四开关管为PWM控制模式，其占空比最小为0，最大为1，开关磁阻发电机电能输出端电压值要求的越高，第四开关管的占空比越大；

根据转子位置信息，当第三相绕组一绕组和第三相绕组二绕组需投入工作时，第三相绕组变流电路投入工作，首先同时闭合第八开关管和第九开关管，进入向第三相绕组一绕组和第三相绕组二绕组励磁储能的励磁阶段，根据转子位置信息该励磁阶段结束时断开第八开关管和第九开关管，进入发电阶段，发电阶段期间第七开关管为PWM控制模式，其占空比最小为0，最大为1，开关磁阻发电机电能输出端电压值要求的越高，第七开关管的占空比越大。

6.根据权利要求1、2、3所述的一种开关磁阻发电机变流系统，其技术特征是，隔离变换器接收蓄电池的电能，经磁隔离后输出给各相绕组变流电路作为励磁电源，双馈变流电路正向工作时向蓄电池充电，反向工作时将蓄电池的电能变换输出给开关磁阻发电机电能输出两端。

7.根据权利要求1、3、4、6所述的一种开关磁阻发电机变流系统，其技术特征是，当双馈变流电路正向工作时，第十开关管和第十三开关管同时开关，并按照相同的占空比进行PWM模式工作，第十开关管和第十三开关管的占空比大小具体根据蓄电池对充电电压和电流的要求决定。

当双馈变流电路反向工作时，第十一开关管和第十二开关管同时开关，并按照相同的占空比进行PWM模式工作，第十一开关管和第十二开关管的占空比大小具体根据开关磁阻发电机电能输出两端侧对电压的要求决定。