CN201091066Y - 一种开关磁阻发电机系统装置 - Google Patents
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Abstract
一种开关磁阻发电机系统装置，采用三相12/8结构开关磁阻发电机、三相不对称桥式励磁功率变换器及以TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器组成，该系统电机转子仅由电工硅钢片叠压而成、无刷、无绕组、无永磁体，定子上设有集中式绕组，其结构坚固耐用、制造成本低、易维护，它可做到磁路上及电路上各相相互独立，当某相发生故障时，通过切除故障相可以保证系统继续安全运转，具有较高的运行可靠性和容错能力，适合于在恶劣的室外环境下工作，可实现其他类型发电机无法比拟的长寿命运行，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关磁阻发电机，特别是一种开关磁阻发电机系统装置。
背景技术
普通的发电机主要有：直流发电机，同步发电机，感应发电机，永磁同步发电机等。这些发电机一般要求在稳定的额定转速下运行，以保证输出功率稳定、输出电压及频率恒定。但在风力发电、车辆发电领域，原动机处于变速运行状态，由原动机驱动的发电机其转速将随之变化，因而导致发电机输出功率、输出电压及频率的变化。为了稳定输出功率、恒定输出电压及频率，已出现多种变速恒频发电方案，诸如交流—直流—交流转换方式，交流整流子发电方式，磁场调制发电方式及降频转换方式等。但小容量交流变速恒频发电机系统硬件成本相对较高，难以实现在较宽的转速范围内高效率运行。开关磁阻电机系统电机转子仅由电工硅钢片叠压而成、无刷、无绕组、无永磁体，定子上设有集中式绕组，其结构坚固耐用、制造成本低、易维护，适合于在恶劣的室外环境下工作，可实现其他类型风力发电机无法比拟的长寿命运行。它可做到磁路上及电路上各相相互独立，当某相发生故障时，通过切除故障相可以保证系统继续安全运转。它转速允许变化范围宽，在频繁而又急剧变化的转速下，电气上易实现输出功率稳定、输出电压恒定；在较宽的转速范围内具有较高的系统效率，特别适合于在多变的转速下高效率运行。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、造价低、维护方便、使用寿命长、可靠性高的开关磁阻发电机系统装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：开关磁阻发电机系统装置由三相12/8结构开关磁阻发电机g、三相不对称桥式励磁功率变换器及TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器组成，三相12/8结构开关磁阻发电机定子S的每个极上绕有集中式线圈，其线圈中心线互成90°的四个线圈构成一相绕组；励磁功率变换器主电路拓扑为三相不对称桥式，励磁功率变换器设有六只主开关和六只续流二极管；三相不对称桥式励磁功率变换器的每一相分别与三相12/8结构开关磁阻发电机的每一相绕组相连；控制器采用以TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器，TMS320系列数字信号处理器DSP或单片机控制三相不对称桥式励磁功率变换器各相主开关的通断，使励磁电源经三相不对称桥式励磁功率变换器向开关磁阻发电机各相定子绕组循序励磁，使开关磁阻发电机经三相不对称桥式励磁功率变换器向用电负荷或储能装置或电网供电。发电机上设有转子位置检测器，转子位置检测器的输出端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口或单片机芯片的I/O口相连，励磁功率变换器设有二个电流检测器，TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器设有驱动电路和保护电路，驱动电路的输入端分别与TMS320系列DSP芯片上的I/O口或单片机芯片上的I/O口相连，驱动电路的输出端分别与三相不对称桥式励磁功率变换器的主开关的触发端相连，二个电流检测器的输出端与保护电路的输入端相连，保护电路的输出端与驱动电路的输入端相连；全数字控制器包括TMS320系列DSP芯片或单片机芯片、与其依次相连的时钟电路、硬件看门狗电路、键盘显示电路；励磁功率变换器的主开关可选用功率MOSFET或IGBT。根据需要TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器中设有外扩存储器；根据需要转子位置检测器的输出端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口或单片机芯片的I/O口之间设有隔离电路；根据需要驱动电路的输入端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口之间或单片机芯片的I/O口之间分别设有隔离电路。
有益效果是：本实用新型的开关磁阻发电机系统装置，特别适用于多变转速、恶劣的室外环境下工作。由于开关磁阻发电机采用简单而坚固的无刷、无绕组、无永久磁体的转子结构，励磁功率变换器为单极性变换器，可做到磁路上各相相互独立和电路上各相相互独立，转速允许变化范围宽，在频繁而又急剧变化的转速下，电气上易实现输出功率稳定、输出电压恒定；该发电机系统具有较高的运行可靠性和容错能力，在较宽的转速范围内具有较高的系统效率，其系统成本低，使用寿命长，可靠性高和容错能力强，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本实用新型电路原理框图。
图2是本实用新型三相12/8结构开关磁阻发电机截面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的描述：
本实用新型的开关磁阻发电机系统装置，它主要由三相12/8结构开关磁阻发电机、三相不对称桥式励磁功率变换器、TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器组成。三相12/8结构开关磁阻发电机的转子R为无刷、无绕组、无永久磁体结构，励磁电源经三相不对称桥式单极性励磁功率变换器向三相12/8结构开关磁阻发电机的定子S绕组循序励磁，三相12/8结构开关磁阻发电机的定子S绕组经三相不对称桥式单极性励磁功率变换器向用电负荷或储能装置或电网供电。在三相12/8结构开关磁阻发电机定子的每个极上绕有集中式线圈“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”、“10”、“11”和“12”，其线圈中心线互成90°的四个线圈构成一相绕组，即线圈“1”、“4”、“7”和“10”构成A相绕组，线圈“2”、“5”、“8”和“11”构成B相绕组；线圈“3”、“6”、“9”和“12”构成C相绕组。励磁功率变换器主电路拓扑为三相不对称桥式，励磁功率变换器设有六只主开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和六只续流二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6。三相不对称桥式励磁功率变换器的每一相分别与三相12/8结构开关磁阻发电机的每一相绕组相连。控制器采用以TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器，用TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器控制三相不对称桥式励磁功率变换器各相主开关的通断，使励磁电源经三相不对称桥式励磁功率变换器向开关磁阻发电机各相定子绕组循序励磁，使开关磁阻发电机经三相不对称桥式励磁功率变换器向用电负荷或储能装置或电网供电。发电机上设有转子位置检测器，转子位置检测器的输出端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口或单片机芯片的I/O口相连，励磁功率变换器设有二个电流检测器T1、T2。TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器设有驱动电路和保护电路，驱动电路的输入端分别与TMS320系列DSP芯片上的I/O口或单片机芯片上的I/O口相连，驱动电路的输出端分别与三相不对称桥式励磁功率变换器的主开关的触发端相连，即b1与g1相连、b2与g2相连、b3与g3相连、b4与g4相连、b5与g5相连、b6与g6相连，二个电流检测器的输出端与保护电路的输入端相连，保护电路的输出端与驱动电路的输入端相连。TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器还包括TMS320系列DSP芯片或单片机芯片、时钟电路、硬件看门狗电路、键盘显示电路。励磁功率变换器的主开关可选用功率MOSFET或IGBT。根据需要TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器中可设有外扩存储器。根据需要转子位置检测器的输出端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口或单片机芯片的I/O口之间设有隔离电路；根据需要驱动电路的输入端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口之间或单片机芯片的I/O口之间分别设有隔离电路。
工作原理：由设置在开关磁阻发电机的转子位置检测器检测转子位置向TMS320系列数字信号处理器DSP芯片或单片机芯片发送信号，TMS320系列数字信号处理器DSP芯片或单片机芯片根据I/O口收到的信号，判断出当前转子位置，由另外的I/O口发出开关角控制信号，经驱动电路隔离放大后控制三相不对称桥式励磁功率变换器各相主开关的通断，使励磁电源经三相不对称桥式励磁功率变换器向开关磁阻发电机各相定子绕组循序励磁，使开关磁阻发电机经三相不对称桥式励磁功率变换器向用电负荷或储能装置或电网供电。用电流检测器检测开关磁阻发电机各相定子绕组中的电流，电流检测器发送信号送入保护电路，根据需要由保护电路对驱动电路发送封门信号，以保护励磁功率变换器的主开关和续流二极管。键盘和显示器与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口或单片机芯片的I/O口相连，用于设置系统的运行状态、显示系统的实际运行状态。系统还装有时钟电路、硬件看门狗电路。根据需要TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器中可设有外扩存储器。根据需要转子位置检测器的输出端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口或单片机芯片的I/O口之间设置隔离电路；根据需要驱动电路的输入端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口之间或单片机芯片的I/O口之间分别设置隔离电路。
Claims (6)
1.一种开关磁阻发电机系统装置，其特征在于：它由三相12/8结构开关磁阻发电机g、三相不对称桥式励磁功率变换器及TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器组成，三相不对称桥式励磁功率变换器的每一相分别与三相12/8结构开关磁阻发电机的每一相绕组相连；发电机上设有转子位置检测器，转子位置检测器的输出端与TMS320系列数字信号处理器DSP芯片的I/O口或单片机芯片的I/O口相连；TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器设有驱动电路和保护电路；驱动电路的输入端分别与TMS320系列DSP芯片上的I/O口或单片机芯片上的I/O口相连，驱动电路的输出端分别与三相不对称桥式励磁功率变换器的主开关的触发端相连，二个电流检测器的输出端与保护电路的输入端相连，保护电路的输出端与驱动电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻发电机系统装置，其特征在于：三相12/8结构开关磁阻发电机定子S的每个极上绕有集中式线圈，其线圈中心线互成90°的四个线圈构成一相绕组。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻发电机系统装置，其特征在于：励磁功率变换器设有二个电流检测器。
4.根据权利要求1所述的开关磁阻发电机系统装置，其特征在于：全数字控制器包括TMS320系列DSP芯片或单片机芯片、与其依次相连的时钟电路、硬件看门狗电路、键盘显示电路。
5.根据权利要求1或4所述的开关磁阻发电机系统装置，其特征在于：TMS320系列数字信号处理器DSP为核心的或单片机为核心的全数字控制器中设有外扩存储器。
6.根据权利要求1或3或4所述的开关磁阻发电机系统装置，其特征在于：TMS320系列数字信号处理器DSP为核心或单片机为核心的全数字控制器中设有隔离电路。
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2007
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