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专利号: 201711343597X
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-06-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统,由主电路、起励电源、双向DC-AC-DC组成,其技术特征是,所述主电路、所述起励电源、所述双向DC-AC-DC相互连接;

主电路由第一支主电路和第二支主电路组成,所述第一支主电路和所述第二支主电路并联连接;

第一支主电路由第一二极管、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、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组、第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组组成,所述第一二极管阴极、所述第一开关管阳极、所述第三二极管阴极短接并作为第一支主电路即主电路正极端,所述第二开关管阴极、所述第二二极管阳极、所述第三开关管阴极短接并作为第一支主电路即主电路负极端,第一二极管阳极与第二开关管阳极以及所述第一相绕组第一支绕组一端和所述第一相绕组第二支绕组一端连接,第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第四二极管阴极,第一相绕组第二支绕组另一端连接所述第五二极管阴极,第四二极管阳极和第五二极管阳极连接并与第一开关管阴极、第二二极管阴极、所述第六二极管阳极、所述第七二极管阳极连接,第六二极管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端,第七二极管阴极连接所述第二相绕组第二支绕组一端,第二相绕组第一支绕组另一端、第二相绕组第二支绕组另一端、第三开关管阳极、第三二极管阳极连接;

第二支主电路由第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第四相绕组第一支绕组、第四相绕组第二支绕组组成,所述第八二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阴极短接并作为第二支主电路即主电路正极端,所述第五开关管阴极、所述第九二极管阳极、所述第六开关管阴极短接并作为第二支主电路即主电路负极端,第八二极管阳极与第五开关管阳极以及所述第三相绕组第一支绕组一端和所述第三相绕组第二支绕组一端连接,第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第十一二极管阴极,第三相绕组第二支绕组另一端连接所述第十二二极管阴极,第十一二极管阳极和第十二二极管阳极连接并与第四开关管阴极、第九二极管阴极、所述第十三二极管阳极、所述第十四二极管阳极连接,第十三二极管阴极连接所述第四相绕组第一支绕组一端,第十四二极管阴极连接所述第四相绕组第二支绕组一端,第四相绕组第一支绕组另一端、第四相绕组第二支绕组另一端、第六开关管阳极、第十二极管阳极连接;

起励电源由蓄电池、第十五二极管、第七开关管组成,所述蓄电池正极与所述第十五二极管阳极、所述第七开关管阴极连接,第十五二极管阴极与第七开关管阳极连接并作为励磁电源正极端即主电路正极端,蓄电池负极作为励磁电源负极端即主电路负极端;

双向DC-AC-DC由第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第二十四开关管、第二十五开关管、第二十六开关管、第二十七开关管、第二十八开关管、第二十九开关管、第三十开关管、第三十一开关管、第三十二开关管、第三十三开关管、第三十四开关管、第三十五开关管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三二极管、第二十四二极管、第二十五二极管、第二十六二极管、第二十七二极管、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一继电器、第二继电器组成,所述第一电容器正极连接所述第八开关管阳极、所述第九开关管阴极、所述第十开关管阳极、所述第十一开关管阴极、所述第十六开关管阳极、所述第十七开关管阴极、所述第十八开关管阳极、所述第十九开关管阴极、所述第二十四开关管阳极、所述第二十五开关管阴极、所述第二十六开关管阳极、所述第二十七开关管阴极并连接主电路正极端,第一电容器负极连接所述第十二开关管阴极、所述第十三开关管阳极、所述第十四开关管阴极、所述第十五开关管阳极、所述第二十开关管阴极、所述第二十一开关管阳极、所述第二十二开关管阴极、所述第二十三开关管阳极、所述第二十八开关管阴极、所述第二十九开关管阳极、所述第三十开关管阴极、所述第三十一开关管阳极并连接主电路负极端,第八开关管阴极、第九开关管阳极、第十二开关管阳极、第十三开关管阴极连接并与所述第一变压器一次侧绕组一端连接,第十开关管阴极、第十一开关管阳极、第十四开关管阳极、第十五开关管阴极连接并与第一变压器一次侧绕组另一端连接,第十六开关管阴极、第十七开关管阳极、第二十开关管阳极、第二十一开关管阴极连接并与所述第二变压器一次侧绕组一端连接,第十八开关管阴极、第十九开关管阳极、第二十二开关管阳极、第二十三开关管阴极连接并与第二变压器一次侧绕组另一端连接,第二十四开关管阴极、第二十五开关管阳极、第二十八开关管阳极、第二十九开关管阴极连接并与所述第三变压器一次侧绕组一端连接,第二十六开关管阴极、第二十七开关管阳极、第三十开关管阳极、第三十一开关管阴极连接并与第三变压器一次侧绕组另一端连接,第一变压器二次侧绕组一端与所述第十七二极管阳极、所述第十九二极管阴极、所述第三十二开关管阴极、所述第三十三开关管阳极连接,第一变压器二次侧绕组另一端与所述第十六二极管阳极、所述第十八二极管阴极、所述第一继电器第二端子连接,第十六二极管阴极、第十七二极管阴极、第三十二开关管阳极、所述第二电容器正极连接并作为发电状态时输出正极端以及电动状态时输入直流电源正极端,第十八二极管阳极、第十九二极管阳极、第一继电器第一端子连接,第一继电器主端子与第二电容器负极、所述第三电容器正极、所述第三十四开关管阳极、所述第二十二极管阴极、所述第二十一二极管阴极连接,第二变压器二次侧绕组一端与第二十一二极管阳极、所述第二十三二极管阴极、第三十四开关管阴极、所述第三十五开关管阳极连接,第二变压器二次侧绕组另一端与所述第二十二二极管阴极、第二十二极管阳极、所述第二继电器第二端子连接,第二十二二极管阳极、第二十三二极管阳极、第二继电器第一端子连接,第二继电器主端子与第三十三开关管阴极、第三电容器负极、所述第四电容器正极、所述第二十四二极管阴极、所述第二十五二极管阴极连接,第三变压器二次侧绕组一端与第二十五二极管阳极、所述第二十七二极管阴极连接,第三变压器二次侧绕组另一端与第二十四二极管阳极、所述第二十六二极管阴极连接,第二十六二极管阳极、第二十七二极管阳极、第三十五开关管阴极、第四电容器负极连接并作为发电状态时输出负极端以及电动状态时输入直流电源负极端。

2.根据权利要求1所述的自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统的控制方法,其技术特征是,按照开关磁阻电机作为发电机和电动机状态分别控制运行;

开关磁阻电机在作为发电机运行时,首先,起动时依靠起励电源,第七开关管断开状态,根据转子位置信息,判断出应该通电的具体相绕组后,蓄电池经由第十五二极管向主电路内的相绕组供电励磁,此时与该相绕组构成励磁回路的两支开关管闭合导通,待根据转子位置信息需要结束励磁阶段时,断开原先闭合的两支开关管,进入续流发电阶段,直至续流发电的相绕组电流降至零时该相绕组的发电阶段结束;

当续流发电输出电能在第一电容器上聚集的电能足够多,即第一电容器两端电压大于蓄电池电压后,由于第十五二极管的作用,蓄电池停止供电励磁,后续各相绕组励磁阶段由第一电容器提供励磁即自励磁模式;

双向DC-AC-DC中,第八开关管、第十开关管、第十二开关管、第十四开关管组成的桥式全控逆变电路,与第十六开关管、第十八开关管、第二十开关管、第二十二开关管组成的桥式全控逆变电路,以及第二十四开关管、第二十六开关管、第二十八开关管、第三十开关管组成的桥式全控逆变电路,三者并联连接,逆变后分别经第一变压器、第二变压器、第三变压器隔离及高频变压输出后,分别经由第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管组成的桥式整流电路,第二十二极管、第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三二极管组成的桥式整流电路,第二十四二极管、第二十五二极管、第二十六二极管、第二十七二极管组成的桥式整流电路,三者输出后串联连接,总输出电压为三者之和;此时第一继电器和第二继电器的各自主端子与其第一端子闭合,第二端子悬空,第三十二开关管、第三十三开关管、第三十四开关管、第三十五开关管均处于断开状态;

开关磁阻电机在作为电动机运行时,双向DC-AC-DC作为供电电源反向传递电能,第一继电器和第二继电器的各自主端子与其第二端子连接,第一端子悬空;第八开关管、第十开关管、第十二开关管、第十四开关管、第十六开关管、第十八开关管、第二十开关管、第二十二开关管,以及第二十四到到第三十一开关管均为断开状态;

第三十二开关管和第三十三开关管作为第一组,第三十四开关管和第三十五开关管作为第二组,各组中全部四个开关管的开关占空比均为0.5,第三十二开关管与第三十三开关管互补开关,即第三十二开关管闭合导通时第三十三开关管断开,第三十二开关管断开时第三十三开关管闭合导通,第三十四开关管与第三十五开关管互补开关,即第三十四开关管闭合导通时第三十五开关管断开,第三十四开关管断开时第三十五开关管闭合导通,同时,第一组和第二组的开关管工作时相位角相差90度,即交错90度调控,也就是各自一个周期的四分之一相位差;

经第一变压器反向供电,第九开关管、第十一开关管、第十三开关管、第十五开关管组成全控整流电路,经第二变压器反向供电,第十七开关管、第十九开关管、第二十一开关管、第二十三开关管组成全控整流电路,两个整流电路输出并联,根据开关磁阻电动机转子位置信息,向主电路中供电,通过调节两个整流电路可控开关管的PWM开关占空比调节输出直流电压,进而可达到调速的目的;

无论作为发电机还是电动机运行控制时,当检测到蓄电池储存的电能低于设定的报警下限时,闭合第七开关管,发电机运行时由与起励电源并联的主电路发电电能及双向DC-AC-DC侧电能向蓄电池共同充电,电动机运行时由第一电容器侧即反向供电电能向其充电;

根据蓄电池充电所需电压和电流定额,第七开关管采取PWM工作模式以满足,同时蓄电池侧控制开关闭合接入并联电容和串联电感以便滤波。