1.低脉动自励开关磁阻发电机交错变换器,由发电主电路、起励电源、发电电容器、交错变换主电路、母线电容器、励磁主电路组成,其特征是,所述发电主电路输入两端连接所述起励电源输出两端,发电主电路输出两端连接所述发电电容器两端并连接所述交错变换主电路输入两端,交错变换主电路输出两端连接所述母线电容器两端并连接所述励磁主电路输入两端,励磁主电路输出两端连接起励电源输入两端;
开关磁阻发电机为四相绕组;
发电主电路由两个发电支路并联连接组成,每个发电支路中连接两个不相邻的相绕组,具体由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一相绕组、第二相绕组组成,其特征是,所述第一相绕组和所述第二相绕组在开关磁阻发电机定子上不相邻,相隔,所述第一开关管阳极作为发电主电路输入正极端,第一开关管阴极与所述第三二极管阴极、第一相绕组一端、第二相绕组一端连接,第一相绕组另一端与所述第二开关管阳极、所述第一二极管阳极连接,第一二极管阴极与所述第二二极管阴极连接并作为发电主电路输出正极端,第二相绕组另一端与第二二极管阳极、所述第三开关管阳极连接,第二开关管阴极、第三二极管阳极、第三开关管阴极短接并作为发电主电路输入和输出共同的负极端;
起励电源由蓄电池和起励二极管组成,其特征是,所述蓄电池正极连接所述起励二极管阳极,起励二极管阴极和蓄电池负极分别作为起励电源的输入正负极端,同时也是输出正负极端;
发电电容器正负极两端分别连接发电主电路输出正负极两端,同时也分别连接交错变换主电路输入正负极两端;
交错变换主电路由两个交错变换支路并联连接组成,每个交错变换支路由第一电感、第二电感、第三电感、第四开关管、第五开关管、三绕组变压器、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管组成,其特征是,所述第一电感一端作为交错变换主电路输入正极端,第一电感另一端连接所述第二电感一端、所述第三电感一端、所述三绕组变压器的第一绕组一端和第二绕组一端,该三绕组变压器的第一绕组一端和第二绕组一端极性相反,第二电感另一端与所述第四开关管阳极、三绕组变压器的第一绕组另一端连接,第三电感另一端与所述第五开关管阳极、三绕组变压器的第二绕组另一端连接,第四开关管阴极和第五开关管阴极短接并作为交错变换主电路输入负极端,三绕组变压器的第一绕组和第二绕组作为该三绕组变压器的一次侧,三绕组变压器的二次侧由其第三绕组组成,三绕组变压器的第三绕组一端连接所述第四二极管阳极和所述第五二极管阴极,三绕组变压器的第三绕组另一端连接所述第六二极管阳极和所述第七二极管阴极,第四二极管阴极和第六二极管阴极短接并作为交错变换主电路输出正极端连接母线电容器正极端以及励磁主电路输入正极端,第五二极管阳极和第七二极管阳极短接并作为交错变换主电路输出负极端连接母线电容器负极端以及励磁主电路输入负极端;
励磁主电路由第六开关管、第七开关管、第八二极管、第九二极管、第四电感、电容器组成,其特征是,所述第六开关管阳极作为励磁主电路输入正极端,第六开关管阴极连接所述第八二极管阴极和所述第四电感一端,第四电感另一端连接所述第七开关管阳极和所述第九二极管阳极,第九二极管阴极连接所述电容器正极并作为励磁主电路输出正极端,第八二极管阳极、第七开关管阴极、电容器负极短接并作为励磁主电路输入和输出负极端。
2.低脉动自励开关磁阻发电机交错变换器的开关控制方法,其特征是,
根据四相开关磁阻发电机的工作原理,每相绕组工作中分为励磁阶段和发电阶段两大阶段,当一相绕组处于励磁阶段时,其相邻一相绕组处于发电阶段,所以每个发电支路中连接的两相绕组不是相邻的,确保任何瞬时每个发电支路中只有一相绕组处于工作中;
开关磁阻发电机起动时,根据开关磁阻发电机转子位置信息,当一个发电支路的第一相绕组需通电励磁时,闭合第一开关管和第二开关管,如果是第二相绕组需励磁则闭合第一开关管和第三开关管,蓄电池经由起励二极管向需励磁的第一相绕组或第二相绕组供电励磁,此为励磁阶段;根据转子位置信息待该励磁阶段结束时,断开此前闭合的第一开关管和第二开关管,或者第一开关管和第三开关管,此前第一相绕组励磁的话,其储存的磁能经由第一二极管和第三二极管输出,第二相绕组励磁的话,其储存的磁能经由第二二极管和第三二极管输出,此为发电阶段,在此期间检测到位于另一个发电支路中的与处在发电阶段的前发电支路的第一相绕组或第二相绕组相邻的相绕组需进入励磁阶段时,在此发电支路重复前述发电支路中励磁阶段的开关管控制方式,随后的发电阶段也相同;
开关磁阻发电机起动开始后,发电电容器两端电压逐渐升高,达到交错变换主电路对输入端电压的要求后,交错变换主电路开始工作,其两个并联连接的交错变换支路中两个第四开关管,即第一个第四开关管和第二个第四开关管,两个第五开关管,即第一个第五开关管和第二个第五开关管,这四个开关管的工作模式为:该四个开关管工作中开关占空比同步变化,始终相同,并且占空比始终大于0.5,并小于1;
每个交错变换支路中的第四开关管和第五开关管的交错关系为:第四开关管前半周期与第五开关管后半周期按时间先后顺序开关状态相同,第四开关管后半周期与第五开关管前半周期按时间先后顺序开关状态相同;
不同交错变换支路中的两个第四开关管的交错关系为:第一个第四开关管前半周期与第二个第四开关管后半周期,以及第一个第四开关管后半周期与第二个第四开关管前半周按时间顺序均交错后,两个第四开关管的各自前后半周期内,再将各自半周期内前后的1/4周期按时间顺序交换交错;不同交错变换支路中的两个第五开关管的交错关系与两个第四开关管交错关系相同;
通过调节第四开关管和第五开关管相同的占空比大小,改变交错变换主电路输出电压大小;
待母线电容器两端电压即母线电压达到励磁主电路输入端电压要求值以上后,励磁主电路开始工作,当励磁主电路输出电压高于蓄电池两端电压时,起励电源停止工作,即由励磁主电路作为开关磁阻发电机各相绕组励磁阶段的电源,励磁电压的大小根据对母线电容器输出端负载需要通过对其第六开关管和第七开关管调节实现,具体分为两种工作模式:模式一,第七开关管保持关断状态,调节第六开关管的占空比,占空比小于1并且大于0时,可改变励磁主电路的输出电压值小于输入电压值,并随占空比变化而变化,占空比等于
1时励磁主电路输出电压值和输入电压值相等;
模式二,第六开关管保持闭合导通状态,调节第七开关管的占空比小于1并且大于0,可改变励磁主电路的输出电压值大于输入电压值,并随占空比变化而变化;
当起动结束,即励磁主电路作为励磁电源提供励磁后,发电主电路工作中,检测到励磁阶段结束进入发电阶段前的绕组电流不能达到所需要求时,此时仅关断第一开关管,如果是第一相绕组,则第一相绕组经由第二开关管和第三二极管续流,此为续流阶段,待电流快速上升到所需值后,关断第二开关管,如果到续流阶段对应最大转子位置后电流仍未达到所需值仍关断第二开关管,进入发电阶段;如果是第二相绕组则是经由第三开关管和第三二极管续流,电流达到所需值或到达续流最大位置后关断第三开关管进入发电阶段。