CN204361951U - 小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑 - Google Patents

Abstract

小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑，由新型功率变换器主电路、升降压斩波电路、DC/DC变换器、负载组成，其特征在于，所述新型功率变换器主电路励磁电压输入端与所述升降压斩波电路输出端连接，所述DC/DC变换器并联于新型功率变换器主电路的发电输出端同时与所述负载并联，DC/DC变换器的另两端与升降压斩波电路中的输入两端连接；该拓扑结构简单实用，可灵活改变励磁电压，可用于小型开关磁阻风力发电系统功率变换器领域。

Description

小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机及其控制领域，具体涉及一种小型开关磁阻风力发电机的功率变换器新型励磁方式的拓扑结构。

背景技术

清洁、绿色、环保为标志的风力发电是多年来至今国内外重点发展的可再生能源发电形式。

开关磁阻发电机结构简单，转子上无刷、无绕组、无永久磁体；其运行时相当于一个电流源，这样在一定转速范围内，输出端电压不会随着转速的变化而变化，这非常适合于当前主流的变速运行的风力机，可提高风能的利用效率；开关磁阻发电机低速可控性能好，从而可以在风力直接驱动下省去齿轮箱，实现较高的发电效率的同时使整个发电系统结构更加简洁、可靠，这也是风力发电系统的发展趋势；而在运行过程中，开关磁阻发电机可控参数多，如开关角控制、电流斩波控制、PWM控制等，可方便的实现比较复杂的控制策略，灵活的控制输出直流电压和电流；但要想发挥开关磁阻发电机的众多优点，运行中首要的基础是开关磁阻风力发电系统能获得最大功率输出。

关于开关磁阻发电机的功率变换器主电路，公知不对称半桥式是最成熟的，配合一定的控制模式下，可分时、不同回路的方便实现励磁和发电；不过它的每一相绕组都要占用两支电力电子开关管和两支电力二极管，结构较为复杂。

关于开关磁阻发电机的励磁方式，有他励和自励两种；根据开关磁阻发电机工作原理，公知其励磁电压的大小影响其励磁电流大小，进而影响到其输出功率的大小，也就是说，增大励磁电压是增大励磁电流进而增加开关磁阻发电机输出功率的方式之一，传统的励磁方式大多是固定励磁电压(传统他励)或者因应输出电压(传统自励)而变，几乎没有针对励磁电压进行专门实时调整的软硬件方法；近年来这方面的研究和实践出现了一些，包括：1.邓秋玲，黄守道等.提高开关磁阻发电机输出功率的措施[J].微特电机，2008年第4期.该文献提出了一种开关磁阻发电机功率变换器拓扑结构，可使得励磁电压增加一倍，但加重了电路的复杂度，而且只能在两个电压值间变换，不能平滑调节励磁电压；还有文献2.彭寒梅，易灵芝等.基于Buck变换器的开关磁阻发电机新型励磁模式[J].太阳能学报，2012年第3期.该文提出了一种不同于不对称半桥式的新型功率变换器主电路，主电路结构上减少了一半的电气元件用量，同时其励磁电压采用Buck斩波电路调节，可平滑改变励磁电压，取得了非常大的进步。

发明内容

根据以上的现有背景技术，本实用新型提出一种采用简化结构的新型功率变换器主电路，励磁电压通过升降压斩波电路进行调节的新型既不属于他励方式也不属于自励方式而叫做半自励方式的开关磁阻风力发电机功率变换器拓扑结构，可用于小型开关磁阻风力发电机系统领域。

本实用新型的技术方案为：

小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑，由新型功率变换器主电路1、升降压斩波电路2、DC/DC变换器3、负载R组成，其特征在于，所述新型功率变换器主电路1励磁电压输入端与所述升降压斩波电路2输出端连接，所述DC/DC变换器3并联于新型功率变换器主电路1的发电输出端同时与所述负载R并联，DC/DC变换器3的另两端与升降压斩波电路2中的输入两端连接。

所述升降压斩波电路2中的输入直流电源为蓄电池X，当它电能不足时，由DC/DC变换器3接收新型功率变换器主电路1输出的电能向其充电；蓄电池X的额定电压小于新型功率变换器主电路1的输出额定电压；通过对升降压斩波电路2中唯一的电力电子开关管V4的占空比的调节，可改变输出给新型功率变换器主电路1的励磁电压。

本实用新型的主要技术效果是：

本实用新型的小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑，新型功率变换器主电路1相对不对称半桥式功率变换器主电路少用了一半的电气元件；升降压斩波电路2改变励磁电压，从而为最大功率跟踪获得提供了便利，拓宽了系统控制的灵活性，输出电压相对输入来说可大可小，可调范围宽。

本实用新型的拓扑，不像传统他励模式那样需要经常检查维护供励磁的蓄电池X的状况，其通过DC/DC变换器3，在蓄电池X两端电压低于限定值时，自动接收来自DC/DC变换器3即发电机组发出的电能，所以具有自励的性质，但确没有传统自励模式下励磁电源脉动大的缺点；同时因蓄电池X电压稳定，有电时完全通过电力电子开关管V4的作用获得稳定的励磁电压，所以也兼具他励模式性质，因此叫做半自励或半他励模式。

附图说明

图1所示为本实用新型的小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑电路结构图。

具体实施方式

如图1所示，新型功率变换器主电路1中，A/B/C为开关磁阻发电机的三套相绕组，每套相绕组独立控制，电力电子开关管V1-V3一般为IGBT；根据开关磁阻发电机控制系统检测的发电机转子位置信号，确定哪相绕组需要励磁后，譬如当下为A相绕组需励磁，则V1闭合，升降压斩波电路2在输出电压作用下产生励磁电流流经A绕组和V1，此时根据控制及检测的信号决定升降压斩波电路2的输出电压大小并由其内部的电力电子开关管V4的占空比决定，V4一般为IGBT，待A绕组励磁电流建立达到给定要求后，V1关断，此时因绕组A为感性，存有磁能，从图1中可见，此时电力二极管D1将为其续流并输出电能给外部负载R及其他储能元件；电容器Cd起稳定电压和滤波的作用；待到发电机转子转过一定角度，过渡到下一相绕组重复如上的工作过程，如此反复，不断的励磁和输出电能。

升降压斩波电路2由蓄电池X、电力电子开关管V4、电抗器L1、电容器C1、电力二极管D4组成，蓄电池X一般保持在额定容量左右，通过DC/DC变换器3供给所缺电能，电力电子开关管V4的占空比的改变，决定了升降压斩波电路2输出给发电机绕组的励磁电压大小，公知开关磁阻发电机的励磁电流大小并不是单独由励磁电压决定，也与其转速等参数有关，所以，发电机控制系统控制器必须在最大功率跟踪控制的总范围内给出期望的升降压斩波电路2输出电压，也就是具体的电力电子开关管V4的通断时刻即PWM波占空比。

虽然本实施例采用的三相绕组开关磁阻发电机，但并不影响本实用新型对其他不同相数情况的保护。

Claims (2)

1.小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑，由新型功率变换器主电路(1)、升降压斩波电路(2)、DC/DC变换器(3)、负载(R)组成，其特征在于，所述新型功率变换器主电路(1)励磁电压输入端与所述升降压斩波电路(2)输出端连接，所述DC/DC变换器(3)并联于新型功率变换器主电路(1)的发电输出端同时与所述负载(R)并联，DC/DC变换器(3)的另两端与升降压斩波电路(2)中的输入两端连接。

2.根据权利要求1所述的小型开关磁阻风力发电机半自励升降压功率变换器拓扑，其特征是，所述升降压斩波电路(2)中的输入直流电源为蓄电池(X)，当它电能不足时，由DC/DC变换器(3)接收新型功率变换器主电路(1)输出的电能向其充电；蓄电池(X)的额定电压小于新型功率变换器主电路(1)的输出额定电压；通过对升降压斩波电路(2)中唯一的电力电子开关管(V4)的占空比的调节，改变输出给新型功率变换器主电路(1)的励磁电压。