CN110729932B - 多模态变压开关磁阻发电机变流系统及其调控方法 - Google Patents

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Abstract

多模态变压开关磁阻发电机变流系统及其调控方法，其变流系统由三个电容器、十个二极管、十个开关管、三相绕组、一个蓄电池、一个电感组成，第一电容器侧、蓄电池、第三电容器侧作为三电源互通可控，工作中加之相绕组则可组成四电源互通，无隔离环节并共地，通过对十个开关管的控制，同时解决了直接高发电电压输出、宽范围连续变换励磁电压及强励、可变发电电压、三电源间互通有无、必要时蓄电池、第一电容器、相绕组三方共同输出电能等具有重要意义的功能，拓宽了变流系统的适用面，系统利用率高，灵活性、容错性、适应性强，成本低、效益高；适用于各类动力驱动下的各类开关磁阻发电机系统领域应用。

Description

多模态变压开关磁阻发电机变流系统及其调控方法
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机系统领域，具体涉及一种三电源互通、多工作模式和工作状态、可变励磁电压和发电电压的复合化结构和控制方法的高适应性高灵活性的开关磁阻发电机变流系统及其调控方法。
背景技术
开关磁阻电机结构及其简单坚固，转子上无绕组，成本低，具有广泛的应用前景。
开关磁阻发电机运行中，需根据定转子凸极之间的相对位置关系，选定需通电工作的相绕组，各相绕组根据定转子相对位置关系分时通电工作，每相绕组工作中的内部又细分为励磁和发电两大阶段，必要时中间能穿插进续流阶段，三大阶段均按顺序分时进行，所以，开关磁阻发电机的相绕组变流变换系统显得格外重要，由于其原理特殊，变流系统与传统电机的变频器存在本质区别，不可混为一谈，开关磁阻发电机的变流系统自成一系。
在励磁阶段，需要励磁电源，直接采用蓄电池他励励磁缺点明显，需要大量人工维护成本，更为重要的是，无论传统他励还是传统自励磁或较为先进的自励磁，要么励磁电压固定，要么励磁电压可调但只能单方向调节，要么需要较为复杂的结构和控制方法实现一定的励磁电压调节，并且励磁电源只能输出给相绕组励磁之用，功能单一，灵活性适应性差，在变励磁控制初现研究前景的当下，通过一定的高性价比的结构和控制实现宽范围及双向的励磁电压调节，以及多方向电能流动，势必能提高性能和可见的适应性。
要想在开关磁阻发电机变流系统中同时实现续流功能，往往需要增加结构和控制，而现实中续流阶段仅为系统在极端情况下的可选阶段，利用率低，从而使得所增加的结构和控制性价比低，进而造成可靠性低，所以，利用已有结构能实现简易控制获得续流阶段，具备发展意义。
开关磁阻发电机变流系统控制变量中，除了开关角和低速时绕组电流斩波变量之外，励磁电压作为一个变量目前业界初现曙光，但是，在开关磁阻发电机运行中，影响发电阶段电流变化即发电输出能力的另一个至关重要的参数是发电电压，因为开关磁阻发电机运动电动势和发电电压之间的差值，决定了发电阶段电流即功率的大小，而运动电动势与转速成正比依赖于外在动力，所以控制发电电压成为重要的研究方向，如果发电电压可调节，势必有重大意义。
在一些诸如并网的或者可变负载的应用场合，如果再加之诸如风电动力输入场合，面临的外部因素，尤其极端情况较多，为了提高开关磁阻发电机系统的适应性，如果其内部能在必要时可快速增加或减少电能输出，譬如多电源输出或反馈吸收发电电能等，势必具有重要的意义，提高整个发电系统的适应性，从而提高发电效益，降低停机概率。
一般开关磁阻发电机发出的直流电，往往经由专门的升压装置升压后再接负载或并入电网，而将励磁、续流、发电所用变流系统复合化实现诸如直接抬升发电电压等功能，势必提高适应性，降低成本和控制的复杂度。
鉴于开关磁阻发电机本身绕组间工作中较强的容错性能，则对其变流系统的结构和控制的容错性自然也提出了较高的要求，这也是其变流系统结构和控制发展中不能忽视的问题。
在开关磁阻发电机系统领域，效率问题永远是受极大关注的，在开关磁阻发电机各相绕组工作中，避免进入电动机工况降低效率也是需要研究的问题，尤其传统方式下发电阶段结束，是靠定转子间绕组电感降到最低点后由于磁链最小，反向电压作用下电流能更快下降为依托的，但是，非常难以避免此时转子已进入电动工况区域，尤其中高速运行时的开关磁阻发电机，从而使得发电效率变低，并且对转矩脉动也造成损害。
总之，复合化、多功能的结构和简易灵活控制，极高的适应性和较好的容错性，高发电效率和效益，是开关磁阻发电机系统发展的关键。
发明内容
根据以上的背景技术，本发明就提出了一种相当于自励变励磁电源、储能蓄电池、发电输出端三电源互通结构，可极宽范围连续变换励磁电压，可变发电电压，多种工作模式可供选择，可直接抬升输出电压，可续流，容错性强，复合结构和多模态控制，高效率的简易结构和高性价比开关磁阻发电机变流系统及其调控方法，适用于各类动力驱动下开关磁阻发电机系统领域应用。
本发明的技术方案为：
多模态变压开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：第一电容器、第二电容器、第三电容器、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、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、蓄电池、电感，所述第一电容器正极连接所述第一二极管阳极、所述电感一端，第一二极管阴极连接所述第一开关管阳极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第五二极管阳极、所述第六二极管阴极、所述第七二极管阳极、所述第七开关管阴极、所述第八开关管阴极，第一开关管阴极连接所述第一相绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二相绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三相绕组一端，第一相绕组另一端连接第二相绕组另一端、第三相绕组另一端、所述第二二极管阴极、所述第三二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第五开关管阳极、所述第六开关管阳极，第三二极管阳极连接第五开关管阴极、所述第四二极管阳极，第六开关管阴极连接第五二极管阴极、第七开关管阳极、所述第二电容器一端、所述蓄电池正极，第七二极管阴极连接第八开关管阳极、所述第八二极管阴极，第四二极管阴极连接第八二极管阳极、所述第三电容器一端、所述第九二极管阴极、所述第九开关管阳极，第一电容器另一端连接第二电容器另一端、第三电容器另一端、第二二极管阳极、第六二极管阳极、第四开关管阴极、蓄电池负极、所述第十二极管阳极、所述第十开关管阴极，第九二极管阳极连接第九开关管阴极、第十二极管阴极、第十开关管阳极、电感另一端。
多模态变压开关磁阻发电机变流系统的调控方法，其特征是，开关磁阻发电机运行中，根据转子位置信息，当第一相绕组需投入工作时，分为如下四种工作控制模式可供选择：
第一模式：
步骤一：首先第一开关管和第四开关管闭合，进入励磁阶段，第一电容器侧作为励磁电源经由第一二极管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，第四开关管断开，第六开关管和第七开关管闭合，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无电压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，第五开关管闭合，第六开关管为PWM工作模式，第四开关管、第七开关管为断开状态，进入发电阶段，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，同时，也经第一二极管、第一开关管、第六开关管向蓄电池充电，调节第六开关管PWM占空比以适应蓄电池最佳的充电需求；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段需结束时，关断第一开关管、第五开关管、第六开关管，第一相绕组工作结束；
第二模式：蓄电池电量高于下限值，并且其电压高于第一电容器两侧电压时；
步骤一：首先闭合第一开关管、第四开关管、第七开关管，进入励磁阶段，蓄电池作为励磁电源经由第七开关管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第四开关管，闭合第六开关管，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，第五开关管闭合，第四开关管、第六开关管和第七开关管为断开状态，进入发电阶段，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管、第五开关管，第一相绕组工作结束；
第三模式：直接自励模式；
步骤一：首先闭合第一开关管、第四开关管、第八开关管，进入励磁阶段，由发电输出端即第三电容器侧直接反向作为励磁电源，经由第八二极管、第八开关管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第四开关管和第八开关管，闭合第六开关管和第七开关管，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，本步骤分为两种情况可供选择：
1、闭合第五开关管，第四开关管、第六开关管、第八开关管为断开状态，第七开关管采用PWM模式，其占空比最大为1，最小为0，进入发电阶段，其中当第七开关管为闭合状态时，第一相绕组与蓄电池串联一起经由第七开关管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，当第七开关管为断开状态时，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，调节第七开关管PWM占空比即可调节第三电容器侧所获输出平均电压值；
2、当此时蓄电池电量低于下限值时，选择本情况，闭合第五开关管，第四开关管、第七开关管、第八开关管为断开状态，第六开关管采用PWM模式，进入发电阶段，其中当第六开关管为闭合状态时，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第六开关管向蓄电池发电输出充电，但当蓄电池电压高于发电输出侧即第三电容器两侧电压时，发电输出回路转向经由第五开关管向第三电容器侧发电输出，当第六开关管为断开状态时，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，通过调节第六开关管的PWM占空比，即可调节向蓄电池充电的平均电压，以适应其要求，当检测到蓄电池电量高于上限值时，该发电阶段的第六开关管PWM占空比为0；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管、第五开关管、第六开关管，第一相绕组工作结束；
第四模式：该模式的采用条件为蓄电池电压大于发电输出侧电压时可选；
步骤一：首先闭合第一开关管、第五开关管、第七开关管，进入励磁阶段，蓄电池X作为励磁电源，经由第七开关管、第一开关管、第五开关管、第四二极管、第三电容器向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第五开关管，闭合第六开关管，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，断开第七开关管，第五开关管为闭合状态，第六开关管为断开状态，进入发电阶段，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管、第五开关管，第一相绕组工作结束；
以上为第一相绕组工作时的四种工作模式，根据转子位置信息，当第二相绕组、第三相绕组需投入工作时，第二开关管、第三开关管分别对应第一开关管，除此以外，第二相绕组、第三相绕组的工作模式与第一相绕组工作模式相同，除第二开关管、第三开关管代替第一开关管外其余所需器件公用；
以上各模式下，当第一电容器侧作为励磁电源向相绕组供电励磁，或发电阶段作为发电回路的一部分时，第九开关管按照PWM模式工作，吸收发电输出侧即第三电容器侧的电能，反馈经第九开关管的控制输出给第一电容器侧作为各相绕组励磁电源或发电回路的一部分，通过调节第九开关管的PWM占空比，调节其输出给第一电容器侧的电压；
当蓄电池电量低于下限值，但其两端电压仍然大于第一电容器两侧电压，同时小于发电输出端第三电容器两侧电压，并在不影响开关磁阻发电机变流系统正常的励磁、发电等如上相关工作模式下，第三电容器侧的发电输出端反向向蓄电池充电，途经第八二极管、第八开关管、第五二极管，第八开关管按照PWM模式工作，其占空比可调，以满足蓄电池对充电电压和电流的最佳要求；当蓄电池电量高于上限值或蓄电池两端电压不小于第三电容器两侧电压时，第八开关管完全断开，停止充电工作；
在以上的各个模式下工作中，当因第一电容器侧故障无电压或者第九开关管故障无法正常工作时，各相绕组的发电阶段途经第一电容器和第一二极管的发电回路将自然变流为流经第六二极管、第一开关管的模式进行；
当发电输出侧因负载过大电压骤降的极端情况出现时，可有效利用第一电容器的储能，第九开关管断开，第十开关管按照PWM模式工作，向发电输出侧提供电能，通过调节第十开关管的占空比调节输出到第三电容器侧的电压，以适应需求。
本发明的技术效果主要有：
本发明的结构上，各相绕组之间并联分时工作，工作控制方法相同，可扩展性强，所以适应任意相绕组数量的开关磁阻发电机；全系无隔离环节，共地，减小了结构体积和重量，乃至成本。
蓄电池与发电输出端可相互充电和供电，第一电容器侧也可以向蓄电池充电以及反馈给发电输出端，可做到运行中发电输出和蓄电池充电两不误，效益高。
各个可选的工作模式下，均可实现续流阶段的加持，并且该续流阶段利用了原有励磁和发电等变流结构实现，利用率高，可控性和适应性也极强。
在可选的四个工作模式下，至少可实现四种不同励磁电压区间或励磁电压值，再经第九开关管的占空比调节，从而可实现极宽的可连续变化的励磁电压，为优秀的变励磁电压控制系统的实现提供了硬件和基本控制方法，具有重要意义。
从本发明的控制方法可见，在一定条件下，发电电压可获得调节，这是继变励磁电压之后的又一新变量的出现，为开关磁阻发电机系统高性能控制提供了基础方案。
在本发明的任一控制模式下，发电阶段结束时均需关断第一开关管(第一相绕组，第二开关管、第三开关管分别对应第二相绕组、第三相绕组)强制使得绕组电流降至零，从而避免了转子进入反向转矩区，即电动工况区，避免了发电效率因此的降低，对转矩脉动抑制也能做出一定贡献。
本发明的结构及多控制模式下，适应了各种情况，发电输出侧电压骤降时第一电容器电能可经第十开关管的PWM控制实现反向馈能，从而必要时可实现第一电容器侧、蓄电池、绕组三电源共同向外发电输出的场景，又可以在必要时利用发电输出侧电能变压励磁(经第一电容器)、直接励磁、向蓄电池充电等，即三电源(第一电容器、蓄电池、第三电容器侧)之间可灵活互通变换，适应性极强。
本发明的全部控制模式下，在发电阶段均可实现相绕组与第一电容器侧或者蓄电池串联后再发电输出，从而直接实现了高发电电压的输出，而过程中没有专门的升压装置。
在以上的各个模式下工作中，当因第一电容器故障无电压或者第九开关管故障无法正常工作时，各相绕组的发电阶段途经第一电容器和第一二极管的发电回路将自然变流为流经第六二极管、第一开关管的模式进行，容错性极好。
附图说明
图1所示为本发明的多模态变压开关磁阻发电机变流系统及其调控方法电路结构图。
具体实施方式
本实施例的多模态变压开关磁阻发电机变流系统及其调控方法，变流系统电路结构如附图1所示，其由第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3、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、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、第五开关管V5、第六开关管V6、第七开关管V7、第八开关管V8、第九开关管V9、第十开关管V10、第一相绕组M、第二相绕组N、第三相绕组P、蓄电池X、电感L组成，第一电容器C1正极连接第一二极管D1阳极、电感L一端，第一二极管D1阴极连接第一开关管V1阳极、第二开关管V2阳极、第三开关管V3阳极、第五二极管D5阳极、第六二极管D6阴极、第七二极管D7阳极、第七开关管V7阴极、第八开关管V8阴极，第一开关管V1阴极连接第一相绕组M一端，第二开关管V2阴极连接第二相绕组N一端，第三开关管V3阴极连接第三相绕组P一端，第一相绕组M另一端连接第二相绕组N另一端、第三相绕组P另一端、第二二极管D2阴极、第三二极管D3阴极、第四开关管V4阳极、第五开关管V5阳极、第六开关管V6阳极，第三二极管D3阳极连接第五开关管V5阴极、第四二极管D4阳极，第六开关管V6阴极连接第五二极管D5阴极、第七开关管V7阳极、第二电容器C2一端、蓄电池X正极，第七二极管D7阴极连接第八开关管V8阳极、第八二极管D8阴极，第四二极管D4阴极连接第八二极管D8阳极、第三电容器C3一端、第九二极管D9阴极、第九开关管V9阳极，第一电容器C1另一端连接第二电容器C2另一端、第三电容器C3另一端、第二二极管D2阳极、第六二极管D6阳极、第四开关管V4阴极、蓄电池X负极、第十二极管D10阳极、第十开关管V10阴极，第九二极管D9阳极连接第九开关管V9阴极、第十二极管D10阴极、第十开关管V10阳极、电感L另一端。
本发明的全部开关管均为全控型的电力电子开关器件；第三电容C3两侧即为本发明的开关磁阻发电机发电输出两端，也即为发电电压端。
开关磁阻发电机运行中，每相绕组工作中至少先后存在励磁和发电两大阶段，但往往会存在励磁阶段结束时相绕组电流值无法达到系统所需要的值，为了使得发电阶段开始前相绕组电流达到所需值，则可在励磁阶段之后发电阶段之前增加一无压续流阶段，这需要变流系统及其控制的支持，本发明即完全满足此类需要，无压续流阶段即为相绕组没有承受外在电压，根据开关磁阻发电机数学模型，无压续流阶段时相绕组电流将快速上升，从而进一步获得满足要求的发电阶段前的电流。
本发明的多模态变压开关磁阻发电机变流系统的调控方法为，开关磁阻发电机运行中，根据转子位置信息，当第一相绕组M需投入工作时，分为如下四种工作控制模式可供选择：
第一模式：一般模式，由于此时是由第九开关管V9经PWM变换后提供到第一电容器C1侧的电能为励磁电源，而正常时此励磁电源电压小于第三电容器C3两侧的发电电压，也小于正常电量区间内的蓄电池X电压，所以为中低压型励磁电压模式，该励磁电压大小可通过调节第九开关管V9的PWM占空比连续调节，该可选的第一模式的具体先后步骤为：
步骤一：首先第一开关管V1和第四开关管V4闭合，进入励磁阶段，在第九开关管V9的PWM控制运行下，第一电容器侧作为励磁电源经由第一二极管D1、第一开关管V1、第四开关管V4向第一相绕组M供电励磁，励磁电压大小由第九开关管V9根据本发明开关磁阻发电机系统需要而调节；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，一般来说是前述励磁阶段结束时第一相绕组M中的电流未达到系统所需电流值时才进入本步骤二(下同)，此时第四开关管V4断开，第六开关管V6和第七开关管V7闭合，第一开关管V1保持闭合状态，则进入续流阶段，第一相绕组M经由第六开关管V6、第七开关管V7、第一开关管V1进行无电压续流，因为此时该回路除第一相绕组M外其余器件均为无源器件(下同)；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，第五开关管V5闭合，第六开关管V6为PWM工作模式，第四开关管V4、第七开关管V7为断开状态，第一开关管V1保持闭合状态，则进入发电阶段，第一相绕组M与第一电容器C1(实际为第九开关管V9的PWM工作下输出给第一电容器C1的电能电源，下同)串联一起经由第一二极管D1、第一开关管V1、第五开关管V5、第四二极管D4向第三电容器C3侧充电并发电输出，同时，也经第一二极管D1、第一开关管V1、第六开关管V6向蓄电池X充电，通过调节第六开关管V6的PWM占空比以适应蓄电池X最佳的充电需求；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段需结束时，关断第一开关管V1、第五开关管V5、第六开关管V6等本模式全部开关管，第一相绕组M中的电流强制降至零，确保第一相绕组M不带电流进入反向转矩区降低发电效率，第一相绕组M工作结束；
第二模式：当蓄电池X电量高于下限值，并且其电压高于第一电容器C1两侧实际电压时可根据系统需要采用此模式，该可选的第二模式的具体先后步骤为：
步骤一：首先闭合第一开关管V1、第四开关管V4、第七开关管V7，进入励磁阶段，蓄电池X作为励磁电源先后经由第七开关管V7、第一开关管V1、第四开关管V4向第一相绕组M供电励磁；由于蓄电池X电压高于第一电容器C1侧实际电压，所以相对第一模式，本模式励磁电压相对较高；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第四开关管V4，闭合第六开关管V6，第一开关管V1和第七开关管V7维持闭合状态，进入续流阶段，第一相绕组M经由第六开关管V6、第七开关管V7、第一开关管V1进行无压续流，该步骤如第一模式步骤二一样(如下模式中步骤二也相同)，根据本发明的系统外部条件需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，第五开关管V5闭合，第四开关管V4、第六开关管V6和第七开关管V7为断开状态，第一开关管V1维持闭合，进入发电阶段，第一相绕组M与第一电容器C1串联一起经由第一二极管D1、第一开关管V1、第五开关管V5、第四二极管D4向第三电容器C3侧充电并发电输出；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管V1、第五开关管V5等如上本模式所述全部开关管，第一相绕组M电流强制降至零，第一相绕组M工作结束；
本模式下，由于当蓄电池X电压低于第一电容器C1侧时，第一电容器C1随时可经第一二极管D1、第五二极管D5直接向蓄电池X充电，并通过调节第九开关管V9占空比适应充电需求，所以蓄电池X始终可保持最低电量储存，因此本模式适用面并不因蓄电池X作为励磁电源因励磁电压不可调而适用面窄；
第三模式：属于直接自励模式，即发电输出侧反馈作为励磁电源，由于发电电压大于第一电容器C1侧最大电压，所以此模式必为强励模式，该可选的第三模式的具体先后步骤为：
步骤一：首先闭合第一开关管V1、第四开关管V4、第八开关管V8，进入励磁阶段，由发电输出端即第三电容器C3侧直接反向作为励磁电源，发电电压等于励磁电压，具体经由第八二极管D8、第八开关管V8、第一开关管V1、第四开关管V4向第一相绕组M供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第四开关管V4和第八开关管V8，闭合第六开关管V6和第七开关管V7，进入续流阶段，第一相绕组M经由第六开关管V6、第七开关管V7、第一开关管V1进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤：
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，本步骤分为两种情况可供选择：
1、闭合第五开关管V5，第四开关管V4、第六开关管V6、第八开关管V8为断开状态，第一开关管V1维持闭合状态，第七开关管V7采用PWM模式，其占空比最大为1，最小为0，进入发电阶段，其中当第七开关管V7为闭合状态时，第一相绕组M与蓄电池X串联一起经由第七开关管V7、第一开关管V1、第五开关管V5、第四二极管D4向第三电容器C3侧充电并发电输出，可见此时发电电压等于蓄电池X电压与第一相绕组M电压之和，获得高输出发电电压，当第七开关管V7为断开状态时，第一相绕组M与第一电容器C1串联一起经由第一二极管D1、第一开关管V1、第五开关管V5、第四二极管D4向第三电容器C3侧充电并发电输出，调节第七开关管V7的PWM占空比即可调节第三电容器C3侧所获输出平均电压值即发电电压平均值；所以说，此模式下励磁阶段的励磁电压(等于发电电压)并不是一成不变的，也是可调的；
2、当此时蓄电池X电量低于下限值时，选择本情况，闭合第五开关管V5，第六开关管V6采用PWM模式，第四开关管V4、第七开关管V7、第八开关管V8为断开状态，第一开关管V1维持闭合，进入发电阶段，其中当第六开关管V6为闭合状态时，第一相绕组M与第一电容器C1串联一起经由第一二极管D1、第一开关管V1、第六开关管V6向蓄电池X发电输出充电，但当蓄电池X电压高于发电输出侧即第三电容器C3两侧电压时，发电输出回路转向经由第五开关管V5和第四二极管D4向第三电容器C3侧发电输出，当第六开关管V6为断开状态时，第一相绕组M与第一电容器C1串联一起始终经由第一二极管D1、第一开关管V1、第五开关管V5、第四二极管D4向第三电容器C3侧充电并发电输出，通过调节第六开关管V6的PWM占空比，即可调节向蓄电池X充电的平均电压，以适应其要求，当检测到蓄电池X电量高于上限值时，该发电阶段的第六开关管V6的PWM占空比保持为0；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管V1、第五开关管V5、第六开关管V6等如上本模式所述全部开关管，第一相绕组M电流强制降至零，第一相绕组M工作结束；
第四模式：该模式的采用条件为蓄电池X电压大于发电电压时可选，该可选的第四模式的具体先后步骤为：
步骤一：首先闭合第一开关管V1、第五开关管V5、第七开关管V7，进入励磁阶段，蓄电池X作为励磁电源，先后经由第七开关管V7、第一开关管V1、第五开关管V5、第四二极管D4、第三电容器C3(发电电压侧)向第一相绕组M供电励磁，此时第一相绕组M所受的励磁电压为蓄电池X电压与发电电压之差，此为弱磁励磁模式；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第五开关管V5，闭合第六开关管V6，进入续流阶段，第一相绕组M经由第六开关管V6、第七开关管V7、第一开关管V1进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，断开第七开关管V7，第五开关管V5为闭合状态，第六开关管V6为断开状态，第一开关管V1维持闭合状态，进入发电阶段，第一相绕组M与第一电容器C1串联一起经由第一二极管D1、第一开关管V1、第五开关管V5、第四二极管D4向第三电容器C3侧充电并发电输出；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管V1、第五开关管V5等如上本模式所述全部开关管，第一相绕组M电流强制降至零，第一相绕组M工作结束；
以上为第一相绕组M工作时的四种工作模式，根据转子位置信息，当第二相绕组N、第三相绕组P需投入工作时，他们的第二开关管V2、第三开关管V3分别对应第一开关管V1，除此以外，第二相绕组N、第三相绕组P的工作模式与第一相绕组M工作模式相同，即除第二开关管V2、第三开关管V3代替第一开关管V1外其余所需器件公用；
以上各模式下，当第一电容器C1侧作为励磁电源向相绕组供电励磁，或发电阶段作为发电回路的一部分时，第九开关管V9均按照PWM模式工作，吸收发电输出侧即第三电容器C3侧的电能，反馈经第九开关管V9的控制输出给第一电容器C1侧作为各相绕组励磁电源或发电回路的一部分，通过调节第九开关管V9的PWM占空比，调节其输出给第一电容器C1侧的电压；
当蓄电池X电量低于下限值，但其两端电压仍然大于第一电容器C1两侧电压，同时小于发电输出端第三电容器C3两侧发电电压，并在不影响本发明开关磁阻发电机变流系统正常的励磁、发电等如上相关工作模式下，第八开关管V8闭合，第三电容器C3侧的发电输出端反向向蓄电池X充电，途经第八二极管D8、第八开关管V8、第五二极管D5，第八开关管V8按照PWM模式工作，其占空比可调，以满足蓄电池X对充电电压和电流的最佳要求；当蓄电池X电量高于上限值或蓄电池X两端电压不小于第三电容器C3两侧电压时，第八开关管V8完全断开，停止充电工作；结合前述在蓄电池X电压极低时第一电容器C1侧可给予自然充电的功能，可见，蓄电池X在本发明变流系统中不但起到重要作用，而且具备多种自动被充电不缺电的方案方法；
在以上的各个模式下工作中，当因第一电容器C1故障无电压或者第九开关管V9故障无法正常工作时，各相绕组的发电阶段途经第一电容器C1和第一二极管D1的发电回路将自然变流为流经第六二极管D6、第一开关管V1的模式进行，容错性极好；
当第三电容器C3侧即发电输出侧因负载过大电压骤降的极端情况出现时，可有效利用第一电容器C1的储能，第九开关管V9断开，第十开关管V10按照PWM模式工作，向发电输出侧提供电能，通过调节第十开关管V10的占空比调节输出到第三电容器C3侧的电压，以适应需求。
本发明的结构可见，每相绕组串联一个开关管后构成各相绕组相同的支路并且相互并联，按照转子位置信息分时投入相同的工作模式，所以，对于非三相绕组的开关磁阻发电机，本发明自然具备同样的产权保护权利。

Claims (2)

1.多模态变压开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：第一电容器、第二电容器、第三电容器、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、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、蓄电池、电感，所述第一电容器正极连接所述第一二极管阳极、所述电感一端，第一二极管阴极连接所述第一开关管阳极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第五二极管阳极、所述第六二极管阴极、所述第七二极管阳极、所述第七开关管阴极、所述第八开关管阴极，第一开关管阴极连接所述第一相绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二相绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三相绕组一端，第一相绕组另一端连接第二相绕组另一端、第三相绕组另一端、所述第二二极管阴极、所述第三二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第五开关管阳极、所述第六开关管阳极，第三二极管阳极连接第五开关管阴极、所述第四二极管阳极，第六开关管阴极连接第五二极管阴极、第七开关管阳极、所述第二电容器一端、所述蓄电池正极，第七二极管阴极连接第八开关管阳极、所述第八二极管阴极，第四二极管阴极连接第八二极管阳极、所述第三电容器一端、所述第九二极管阴极、所述第九开关管阳极，第一电容器另一端连接第二电容器另一端、第三电容器另一端、第二二极管阳极、第六二极管阳极、第四开关管阴极、蓄电池负极、所述第十二极管阳极、所述第十开关管阴极，第九二极管阳极连接第九开关管阴极、第十二极管阴极、第十开关管阳极、电感另一端。
2.根据权利要求1所述的多模态变压开关磁阻发电机变流系统的调控方法，其特征是，开关磁阻发电机运行中，根据转子位置信息，当第一相绕组需投入工作时，分为如下四种工作控制模式可供选择：
第一模式：
步骤一：首先第一开关管和第四开关管闭合，进入励磁阶段，第一电容器侧作为励磁电源经由第一二极管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，第四开关管断开，第六开关管和第七开关管闭合，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无电压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，第五开关管闭合，第六开关管为PWM工作模式，第四开关管、第七开关管为断开状态，进入发电阶段，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，同时，也经第一二极管、第一开关管、第六开关管向蓄电池充电，调节第六开关管PWM占空比以适应蓄电池最佳的充电需求；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段需结束时，关断第一开关管、第五开关管、第六开关管，第一相绕组工作结束；
第二模式：蓄电池电量高于下限值，并且其电压高于第一电容器两侧电压时；
步骤一：首先闭合第一开关管、第四开关管、第七开关管，进入励磁阶段，蓄电池作为励磁电源经由第七开关管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第四开关管，闭合第六开关管，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，第五开关管闭合，第四开关管、第六开关管和第七开关管为断开状态，进入发电阶段，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管、第五开关管，第一相绕组工作结束；
第三模式：直接自励模式；
步骤一：首先闭合第一开关管、第四开关管、第八开关管，进入励磁阶段，由发电输出端即第三电容器侧直接反向作为励磁电源，经由第八二极管、第八开关管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第四开关管和第八开关管，闭合第六开关管和第七开关管，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，本步骤分为两种情况可供选择：
(1)、闭合第五开关管，第四开关管、第六开关管、第八开关管为断开状态，第七开关管采用PWM模式，其占空比最大为1，最小为0，进入发电阶段，其中当第七开关管为闭合状态时，第一相绕组与蓄电池串联一起经由第七开关管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，当第七开关管为断开状态时，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，调节第七开关管PWM占空比即可调节第三电容器侧所获输出平均电压值；
(2)、当此时蓄电池电量低于下限值时，选择本情况，闭合第五开关管，第四开关管、第七开关管、第八开关管为断开状态，第六开关管采用PWM模式，进入发电阶段，其中当第六开关管为闭合状态时，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第六开关管向蓄电池发电输出充电，但当蓄电池电压高于发电输出侧即第三电容器两侧电压时，发电输出回路转向经由第五开关管向第三电容器侧发电输出，当第六开关管为断开状态时，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出，通过调节第六开关管的PWM占空比，即可调节向蓄电池充电的平均电压，以适应其要求，当检测到蓄电池电量高于上限值时，该发电阶段的第六开关管PWM占空比为0；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管、第五开关管、第六开关管，第一相绕组工作结束；
第四模式：该模式的采用条件为蓄电池电压大于发电输出侧电压；
步骤一：首先闭合第一开关管、第五开关管、第七开关管，进入励磁阶段，蓄电池X作为励磁电源，经由第七开关管、第一开关管、第五开关管、第四二极管、第三电容器向第一相绕组供电励磁；
步骤二：根据转子位置信息，当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时，断开第五开关管，闭合第六开关管，进入续流阶段，第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流，该步骤根据需要为可选步骤；
步骤三：根据转子位置信息，当发电阶段需开始时，断开第七开关管，第五开关管为闭合状态，第六开关管为断开状态，进入发电阶段，第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出；
步骤四：根据转子位置信息，发电阶段结束时，关断第一开关管、第五开关管，第一相绕组工作结束；
以上为第一相绕组工作时的四种工作模式，根据转子位置信息，当第二相绕组、第三相绕组需投入工作时，第二开关管、第三开关管分别对应第一开关管，除此以外，第二相绕组、第三相绕组的工作模式与第一相绕组工作模式相同，除第二开关管、第三开关管代替第一开关管外其余所需器件公用；
以上各模式下，当第一电容器侧作为励磁电源向相绕组供电励磁，或发电阶段作为发电回路的一部分时，第九开关管按照PWM模式工作，吸收发电输出侧即第三电容器侧的电能，反馈经第九开关管的控制输出给第一电容器侧作为各相绕组励磁电源或发电回路的一部分，通过调节第九开关管的PWM占空比，调节其输出给第一电容器侧的电压；
当蓄电池电量低于下限值，但其两端电压仍然大于第一电容器两侧电压，同时小于发电输出端第三电容器两侧电压，并在不影响开关磁阻发电机变流系统正常的如上相关工作模式下，第三电容器侧的发电输出端反向向蓄电池充电，途经第八二极管、第八开关管、第五二极管，第八开关管按照PWM模式工作，其占空比可调，以满足蓄电池对充电电压和电流的最佳要求；当蓄电池电量高于上限值或蓄电池两端电压不小于第三电容器两侧电压时，第八开关管完全断开，停止充电工作；
在以上的各个模式下工作中，当因第一电容器侧故障无电压或者第九开关管故障无法正常工作时，各相绕组的发电阶段途经第一电容器和第一二极管的发电回路将自然变流为流经第六二极管、第一开关管的模式进行；
当发电输出侧因负载过大出现电压骤降的极端情况时，可有效利用第一电容器的储能，第九开关管断开，第十开关管按照PWM模式工作，向发电输出侧提供电能，通过调节第十开关管的占空比调节输出到第三电容器侧的电压，以适应需求。
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Record date: 20230311

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Assignee: Xinchang County niukan Agricultural Development Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000132

Denomination of invention: Multimode Variable Voltage Switched Reluctance Generator Converter System and Its Control Method

Granted publication date: 20210219

License type: Common License

Record date: 20230311

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Assignee: Xinchang neodymium Ru Agricultural Technology Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000134

Denomination of invention: Multimode Variable Voltage Switched Reluctance Generator Converter System and Its Control Method

Granted publication date: 20210219

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Assignor: China Jiliang University

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Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000203

Denomination of invention: Multimodal Variable Voltage Switched Reluctance Generator Converter System and Its Control Method

Granted publication date: 20210219

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Assignee: Shaoxing Yuanyi Technology Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000202

Denomination of invention: Multimodal Variable Voltage Switched Reluctance Generator Converter System and Its Control Method

Granted publication date: 20210219

License type: Common License

Record date: 20230329

Application publication date: 20200124

Assignee: XINCHANG COUNTY XIAOBUDIAN AGRICULTURAL DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000201

Denomination of invention: Multimodal Variable Voltage Switched Reluctance Generator Converter System and Its Control Method

Granted publication date: 20210219

License type: Common License

Record date: 20230329

Application publication date: 20200124

Assignee: Xinchang Daochong Pet Products Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000204

Denomination of invention: Multimodal Variable Voltage Switched Reluctance Generator Converter System and Its Control Method

Granted publication date: 20210219

License type: Common License

Record date: 20230329

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231113

Address after: Room 407-10, floor 4, building 2, Haichuang science and technology center, Cangqian street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 311100

Patentee after: Zhejiang Zhiduo Network Technology Co.,Ltd.

Address before: 310018, No. 258, source street, Xiasha Higher Education Park, Hangzhou, Zhejiang

Patentee before: China Jiliang University

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract
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Assignee: Xinchang Daochong Pet Products Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000204

Date of cancellation: 20240807

Assignee: Xinchang County facheng Agricultural Development Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000203

Date of cancellation: 20240807

Assignee: Shaoxing Yuanyi Technology Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000202

Date of cancellation: 20240807

Assignee: XINCHANG COUNTY XIAOBUDIAN AGRICULTURAL DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000201

Date of cancellation: 20240807

Assignee: Xinchang neodymium Ru Agricultural Technology Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000134

Date of cancellation: 20240807

Assignee: Xinchang County niukan Agricultural Development Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000132

Date of cancellation: 20240807

Assignee: Xinchang Huandi Technology Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000130

Date of cancellation: 20240807

Assignee: Shaoxing Jienan Technology Co.,Ltd.

Assignor: China Jiliang University

Contract record no.: X2023330000128

Date of cancellation: 20240807