CN111416558A - 一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，包括单独励磁变换器、辅助电路，所述辅助电路包含升压电容、辅助开关、两个二极管。本发明的有益效果是：本发明提供的改进型独立励磁变换器，以提高发电性能，通过将简单的辅助电路集成到不对称半桥变换器中，可以构造出改进型的单独励磁变换器，变换器可以向相绕组中提供额外的电压，从而提高输出电压，输出功率和效率，且该辅助电路结构简单，便于从不对称半桥变换器上安装和卸载，可将其制成模块化结构。

Description

一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机发电功率变换器领域，具体为一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器。
背景技术
对于开关磁阻发电机(SRG)，电源电路通常使用不对称半桥变换器，该变换器主要具有自励和单独励磁的发电方式。对于自励磁模式，需要低直流电源作为初始励磁电压，当产生的输出电压高于初始励磁电压时，则不需要直流电源；对于单独激励模式，一方面开关磁阻发电机(SRG)从单独激励的功率中获取能量，另一方面开关磁阻发电机(SRG)也向负载提供能量。但这种不对称半桥变换器不适合高速运行，输出电压受限制，功率低、退磁慢，从而影响变换器的工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，包括单独励磁变换器、辅助电路，所述辅助电路包含升压电容C1、辅助开关S7、二极管D7、二极管D8，所述升压电容C1的阳极与二极管D7的阳极耦合，所述升压电容C1的阴极与辅助开关S7的集电极耦合，所述辅助开关S7的发射极与二极管D7的阴极耦合，所述二极管D8的阴极与升压电容C1的阴极、辅助开关S7的集电极耦合；
所述单独励磁变换器包含三相不对称半桥电路、励磁电源Ue、充电电容C2、发电负载R，所述励磁电源Ue的阳极与辅助电路耦合，所述三相不对称半桥电路与辅助电路、励磁电源Ue、充电电容C2、发电负载R均耦合，所述充电电容C2和发电负载R耦合，所述辅助电路和充电电容C2、发电负载R耦合。
进一步优选，所述三相不对称半桥电路包含6个开关S1～S6、6个二极管D1～D6、A相电机绕组A、B相电机绕组B、C相电机绕组C。
进一步优选，所述辅助开关S7及三相不对称板桥电路的开关S1～S6均采用并联开关电路的IGBT的开关。
进一步优选，所述辅助电路可采用模块化结构制作。
进一步优选，所述变换器通过单独励磁变换器、辅助电路控制，可执行4种励磁模式，分别为快速励磁模式、正常励磁模式、双相重叠模式、快速退磁模式；
模式一，快速励磁模式，即当同时接通开关S1、S2和辅助开关S7时，励磁电压Ue和升压电容C1串联，此时电路的激励电压UA等于Ue+UC1，A相电机绕组A被激励；
模式二，正常励磁模式，即当辅助开关S7断开，开关S1、S2仍然导通，此时励磁电压Ue直接施加到A相电机绕组A，此模式为常规励磁模式；
模式三，两相重叠模式，即在A相电机绕组A输出相关闭之前，B相电机绕组B输入相开启，升压电容C1和励磁电压Ue串联，此时电路的激励电压UA等于Ue+UC1，施加到A相电机绕组A输出相、B相电机绕组B输入相，使其均处于快速激励模式；
模式四，快速退磁模式，即当同时断开开关S1、S2和辅助开关S7时，升压电容C1和励磁电压Ue串联，此时该电路电压为负，则该负电压等于-Ue-UC1，A相电机绕组A中存储的能量一部分被反馈到升压电容C1和励磁电压Ue以实现快速退磁，另一部分能量流向充电电容C2和发电负载R，提升发电电压，该电压等于Ue+UC1。
有益效果
本发明提供了一种用于开关磁阻电机(SRG)的改进型独立励磁变换器，以提高发电性能。通过将简单的辅助电路集成到不对称半桥变换器中，可以构造出改进型的单独励磁变换器，该辅助电路即为升压电路，变换器可以向相绕组中提供额外的电压，从而提高输出电压，输出功率和效率，且该辅助电路结构简单，便于从不对称半桥变换器上安装和卸载，可将其制成模块化结构。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器的拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器的快速励磁模式示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器的正常激励模式示意图；
图4为本发明实施例所公开的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器的两相交叠模式示意图；
图5为本发明实施例所公开的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器的快速退磁模式示意图；
图6为本发明实施例所公开的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器在发电运行中的相电压和电流对比示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例
如图1所示，一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，包括单独励磁变换器、辅助电路，即图1中虚线所述部分。所述辅助电路包含升压电容C1、辅助开关S7、二极管D7、二极管D8，所述升压电容C1的阳极与二极管D7的阳极耦合，所述升压电容C1的阴极与辅助开关S7的集电极耦合，所述辅助开关S7的发射极与二极管D7的阴极耦合，所述二极管D8的阴极与升压电容C1的阴极、辅助开关S7的集电极耦合；
所述单独励磁变换器包含三相不对称半桥电路、励磁电源Ue、充电电容C2、发电负载R，所述励磁电源Ue的阳极与辅助电路耦合，所述三相不对称半桥电路与辅助电路、励磁电源Ue、充电电容C2、发电负载R均耦合，所述充电电容C2和发电负载R耦合，所述辅助电路和充电电容C2、发电负载R耦合。
所述三相不对称半桥电路包含6个开关S1～S6、6个二极管D1～D6、A相电机绕组A、B相电机绕组B、C相电机绕组C。
所述辅助开关S7及三相不对称板桥电路的开关S1～S6均采用并联开关电路的IGBT的开关,即升压开关电路，可使输出电压呈连续平滑的特性，降低设备的散热，降低功耗。
所述辅助电路可采用模块化结构制作，结构简单，便于制作，非常便于从不对称半桥电路中安装和卸载。
所述充电电容C2和发电负载R并联，电容起到滤波的作用，且发电负载R在断电后为充电电容C2所存储的电荷提供泄放通道，起保护作用。
所述变换器通过单独励磁变换器、辅助电路控制，可执行4种励磁模式，分别为快速励磁模式、正常励磁模式、双相重叠模式、快速退磁模式；
模式一，快速励磁模式，如图2所示，即当同时接通开关S1、S2和辅助开关S7时，励磁电压Ue和升压电容C1串联，此时电路的激励电压UA等于Ue+UC1，A相电机绕组A被更高的正电压UA激励；
模式二，正常励磁模式，如图3所示，即当辅助开关S7断开，开关S1、S2仍然导通，此时励磁电压Ue直接施加到A相电机绕组A，此模式为常规励磁模式；
模式三，两相重叠模式，如图4所示，即在A相电机绕组A输出相关闭之前，B相电机绕组B输入相开启，升压电容C1和励磁电压Ue串联，此时电路的激励电压UA等于Ue+UC1，较高的正电压UA被施加到A相电机绕组A输出相、B相电机绕组B输入相，使其均处于快速激励模式；
模式四，快速退磁模式，如图5所示，即当同时断开开关S1、S2和辅助开关S7时，升压电容C1和励磁电压Ue串联，此时该电路电压为负，则该负电压等于-Ue-UC1，A相电机绕组A中存储的能量一部分被反馈到升压电容C1和励磁电压Ue以实现快速退磁，另一部分能量流向充电电容C2和发电负载R，提升发电电压，该电压等于Ue+UC1，即为充电电容C2的电压UC2。
所述模式三两相重叠模式，开启B相电机绕组B输入相，关闭A相电机绕组A的输出相，使B相电机绕组B的相位被激励，然后开启C相电机绕组C输入相，关闭B相电机绕组B的输出相，使C相电机绕组C的相位被激励，以此循环，实现变换器的输入相电流和输出相电流重叠。
通过模式一，辅助电路把较低的励磁电压Ue提高到较高的电路电压Ue+UC1，使电机获取更大的输出扭矩，实现用小的效率换取大的效率，快速激励，变换器可以向相绕组中提供额外的电压，从而提高输出电压，输出功率和效率。
通过模式三，变换器的三相电机绕组交替工作，变换器的相绕组的输出相、输入相不断被较高的正电压施加，实现发电机高效率发电。
通过模式四，相绕组电压可快速流出，实现快速退磁。
图6所示为本发明的改进型独立励磁变换器的典型相电压和电流曲线，可以发现：
当开关S1、S2和辅助开关S7接通时，所述变换器开启，输出阶段在模式一下工作；
当辅助开关S7断开之后，输出阶段在模式二下工作；
当输入阶段打开，输入阶段和输出阶段重叠，所述变换器处于模式四；
当辅助开关S7关闭，所述变换器进入和离开阶段都在模式二下工作；
当离开阶段被关闭后，所述变换器处于模式三下，同时能量将流向负载，并且发电机电压将增加。
根据图6可知，可以通过调节辅助开关S7的导通角，以改变激励电压UA的大小来控制发电电压，在模式一和模式三的条件下，所述变换器的激励电压UA高于模式二下的激励电压UA；实现同时还表明，所述变换器的A相电机绕组A的相电流iA远高于普通不对称半桥变换器的A相电机绕组A的相电流i* A，B相电机绕组B的相电流iB与A相电机绕组A的相电流相同，即所述交换器的相电流在模式三下各相相电流均相同。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明性的保护范围之内的发明内容。

Claims (5)

1.一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，其特征在于：包括单独励磁变换器、辅助电路，所述辅助电路包含升压电容C1、辅助开关S7、二极管D7、二极管D8，所述升压电容C1的阳极与二极管D7的阳极耦合，所述升压电容C1的阴极与辅助开关S7的集电极耦合，所述辅助开关S7的发射极与二极管D7的阴极耦合，所述二极管D8的阴极与升压电容C1的阴极、辅助开关S7的集电极耦合；
所述单独励磁变换器包含三相不对称半桥电路、励磁电源Ue、充电电容C2、发电负载R，所述励磁电源Ue的阳极与辅助电路耦合，所述三相不对称半桥电路与辅助电路、励磁电源Ue、充电电容C2、发电负载R均耦合，所述充电电容C2和发电负载R耦合，所述辅助电路和充电电容C2、发电负载R耦合。
2.根据权利要求1所述的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，其特征在于：所述三相不对称半桥电路包含6个开关S1～S6、6个二极管D1～D6、A相电机绕组A、B相电机绕组B、C相电机绕组C。
3.根据权利要求1或2所述的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，其特征在于：所述辅助开关S7及三相不对称板桥电路的开关S1～S6均采用并联开关电路的IGBT的开关。
4.根据权利要求1所述的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，其特征在于：所述辅助电路可采用模块化结构制作。
5.根据权利要求1所述的一种增强开关磁阻发电机性能的改进型独立励磁变换器，其特征在于：所述变换器通过单独励磁变换器、辅助电路控制，可执行4种励磁模式，分别为快速励磁模式、正常励磁模式、双相重叠模式、快速退磁模式；
模式一，快速励磁模式，即当同时接通开关S1、S2和辅助开关S7时，励磁电压Ue和升压电容C1串联，此时电路的激励电压UA等于Ue+UC1，A相电机绕组A被激励；
模式二，正常励磁模式，即当辅助开关S7断开，开关S1、S2仍然导通，此时励磁电压Ue直接施加到A相电机绕组A，此模式为常规励磁模式；
模式三，两相重叠模式，即在A相电机绕组A输出相关闭之前，B相电机绕组B输入相开启，升压电容C1和励磁电压Ue串联，此时电路的激励电压UA等于Ue+UC1，施加到A相电机绕组A输出相、B相电机绕组B输入相，使其均处于快速激励模式；
模式四，快速退磁模式，即当同时断开开关S1、S2和辅助开关S7时，升压电容C1和励磁电压Ue串联，此时该电路电压为负，则该负电压等于-Ue-UC1，A相电机绕组A中存储的能量一部分被反馈到升压电容C1和励磁电压Ue以实现快速退磁，另一部分能量流向充电电容C2和发电负载R，提升发电电压，该电压等于Ue+UC1。
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