專利名稱：電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)，屬于特種發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電勵磁雙凸極電機屬于變磁阻電機，其定子、轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片疊制而成，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，電機可靠性高。雙凸極電機多用于直流發(fā)電系統(tǒng)，其相繞組做星型連接后通過外電路整流輸出直流電，傳統(tǒng)應(yīng)用的整流方式較為單一，其整流電路拓撲主要是由二極管組成的全橋或半波整流電路，且在電機發(fā)生故障時，由于相繞組間的互相影響，電壓畸變嚴重(特別是對于二極管短路這種故障，整個發(fā)電機供電基本為零)，這使得采用傳統(tǒng)整流拓撲的發(fā)電系統(tǒng)可靠性不高，一旦出現(xiàn)故障便影響了整個系統(tǒng)的正常運行。采用獨立單相橋整流發(fā)電模式，可以提高電勵磁雙凸極電機的可靠性。同時傳統(tǒng)的不控整流電路在不同性質(zhì)負載條件下，發(fā)電機電樞的相電流和相電壓產(chǎn)生相移，降低了發(fā)電機的功率因數(shù)和功率密度，同時二極管整流電路將低次諧波引入發(fā)電機繞組，加重了電樞反應(yīng)，且輸出直流電壓的最低次諧波頻率較低，直接導(dǎo)致直流側(cè)濾波器體積大。因此本發(fā)明力圖將可控整流技術(shù)引入電勵磁雙凸極電機的單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)，在各相繞組獨立整流的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)整流環(huán)節(jié)對發(fā)電機的功率因數(shù)校正，以調(diào)節(jié)發(fā)電機功率因數(shù)，提高電機功率密度，削弱電樞電流的波形畸變，減小直流側(cè)濾波器體積，提高整個電勵磁雙凸極發(fā)電機系統(tǒng)的效率和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明電勵磁雙凸極電機可控整流發(fā)電系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成，分別是電勵磁雙凸極發(fā)電機、單相橋可控整流電路和發(fā)電機控制器。具體結(jié)構(gòu)描述如下，電勵磁雙凸極電機各相電樞繞組不做星形連接，分別接橋式可控整流電路獨立整流。其相繞組的正端接在由二極管和IGBT組成的橋臂上，相繞組的負端接在另一個橋臂上。所有上橋臂的二極管陰極連接在一起作為正極，下橋臂IGBT的發(fā)射極連接在一起作為負極。發(fā)電系統(tǒng)的控制器能根據(jù)所接收的發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置信號、三相電樞電流信號，產(chǎn)生橋式電路可控開關(guān)器件的驅(qū)動信號以控制電樞電流的大小，以實現(xiàn)橋式電路對雙凸極發(fā)電機的功率因數(shù)校正。與傳統(tǒng)勵磁調(diào)壓器不同的是，發(fā)電機控制器不僅可以通過控制勵磁電流調(diào)節(jié)電壓，還可通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比控制發(fā)電機的電樞電流和電壓。發(fā)電機控制器根據(jù)所接收的發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置信號、三相電樞電流信號和整流電壓信號，產(chǎn)生整流電路可控開關(guān)器件的驅(qū)動信號和勵磁回路開關(guān)器件的驅(qū)動信號，通過對整流電路和勵磁電路的協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)電勵磁雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的可控整流和勵磁調(diào)壓調(diào)節(jié)。由于各相繞組和對應(yīng)的整流電路相互獨立，在連接負載時，可形成各相并聯(lián)模式和各相串聯(lián)模式，以適應(yīng)不同負載要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電系統(tǒng)具有如下特
(1)各相電樞繞組外接可控單相橋整流電路，形成獨立的功率因數(shù)校正電路，在不同性質(zhì)負載下，可以有效提高發(fā)電機的功率因數(shù)。(2)可以通過控制整流電路開關(guān)器件的占空比，調(diào)節(jié)各相電樞電流大小，抑制各相電樞電流的波形畸變，減小發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩脈動。(3)弓丨入了 PWM調(diào)制技術(shù)，提高整流電路輸出直流電壓的最低次諧波頻率，可以減小直流側(cè)濾波器的容量。(4)電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電拓撲各相繞組之間是相互獨立的，不受其它各相繞組的電流限制，具有一定容錯能力。


圖1是電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是電勵磁雙凸極電機三相磁鏈與電樞電勢波形示意圖。圖3是電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電系統(tǒng)A相工作狀態(tài)示意圖。圖4是電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電系統(tǒng)負載連接示意圖。上述圖中標號名稱圖1 虛線框1代表電勵磁雙凸極發(fā)電機內(nèi)部電樞繞組；虛線框2代表各相獨立的橋式可控整流電路；虛線框3代表發(fā)電機控制器；LA、LB、L。分別代表雙凸極發(fā)電機A、B、C相的電樞繞組電感；Ea、Eb、Ec分別代表雙凸極發(fā)電機A、B、C相電樞繞組的電勢；定義繞組正端為“ + ”，負端為“_” ；Dai, Da2為A相單相橋整流電路橋臂上的功率二極管；QA1、Qa2為A相單相橋整流電路橋臂上的絕緣柵晶體管；DB1、Db2為B相單相橋整流電路橋臂上的功率二極管；QB1、Qb2為B相單相橋整流電路橋臂上的絕緣柵晶體管；Da、Dc2為C相單相橋整流電路橋臂上的功率二極管、(^為C相單相橋整流電路橋臂上的絕緣柵晶體管；C為三個單相橋整流后的直流側(cè)濾波電容；、為直流側(cè)并聯(lián)輸出的負載電流為負載；^為直流側(cè)并聯(lián)輸出的負載電壓；Lf為勵磁繞組電感；If為勵磁電流。圖2 ΨΑ、ΨΒ、￥c分別代表雙凸極發(fā)電機A、B、C相的磁鏈波形，Ea、Eb、Ec分別代表雙凸極發(fā)電機A、B、C相的反電勢波形，ω為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角度。
具體實施例方式本發(fā)明電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成，分別是虛線框1電勵磁雙凸極發(fā)電機、虛線框2橋式可控整流電路和虛線框3發(fā)電機控制器，如圖1所示。
所述發(fā)電系統(tǒng)的電勵磁雙凸極電機各相電樞繞組不做星形連接，各相電樞繞組分別接橋式可控整流電路獨立整流。將A相相繞組的正端“ + ”接在Dai陽極和Qai集電極中間，A相相繞組的負端“-”接在Da2陽極和Qa2集電極中間。將B相相繞組的正端“ + ”接在 Dbi陽極和Qbi集電極中間，B相相繞組的負端“-”接在Db2陽極和Qb2集電極中間。將C相相繞組的正端“ + ”接在Da陽極和、集電極中間，C相相繞組的負端“_”接在Dc2陽極和Qc2 集電極中間。所述電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電拓撲，其特征在于，各相獨立的整流電路在連接負載時，可形成各相并聯(lián)模式和各相串聯(lián)模式，以適應(yīng)不同負載要求。對于各相并聯(lián)模式，QA1>QA2>QB1>QB2>QC1>QC2的發(fā)射極連接到一起，作為電勵磁雙凸極電機單相橋整流外電路的輸出負極使用；DA1、DA2、DB1、DB2、Da、D。2的陰極連接到一起，作為電勵磁雙凸極電機單相橋整流外電路的輸出正極使用。直流側(cè)電路輸出正極和負極分別接負載Z的正極和負極，對負載供電，如圖4(a)所示。對于各相串聯(lián)模式，如圖4(b)所示。
所述發(fā)電機控制器，其特征在于，發(fā)電機控制器通過對整流管占空比和勵磁電流的協(xié)調(diào)控制，可以同時實現(xiàn)發(fā)電機電樞電流控制和勵磁調(diào)壓控制。整流電路中絕緣柵晶體管(iA1、QA2、(iB1、(iB2、(ia、Q。2的驅(qū)動信號由發(fā)電機控制器根據(jù)所接收的發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置信號和三相電樞電流信號產(chǎn)生，以調(diào)節(jié)各相電樞電流的大小，并使雙凸極發(fā)電機相電流跟蹤相電壓的波形，實現(xiàn)對雙凸極發(fā)電機的可控整流和功率因數(shù)校正。同時發(fā)電機控制器根據(jù)所接收的整流電壓的大小調(diào)節(jié)勵磁電流，控制磁場強度，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)。
雙凸極電機可控整流發(fā)電系統(tǒng)的工作原理電勵磁雙凸極電機的相繞組的磁鏈與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子極滑入定子極時， 空載磁鏈增加，繞組感應(yīng)出負的電勢；當(dāng)轉(zhuǎn)子極滑出定子極時，空載磁鏈減小，繞組感應(yīng)出正的電勢，如圖2所示。以A相為例說明，采用可控半波整流電路時，當(dāng)相電勢為正時，繞組和外電路形成一個boost電路，由斬波管Qu、電樞電感L、升壓二極管Dai和與其他兩相共用的濾波電容C組成，電路通過( Α2上的體二極管續(xù)流，電路工作狀態(tài)如圖所示；當(dāng)A相電勢為負時，( Α2為斬波管，Da2為升壓二極管，圖3(a)電路通過Qai上的體二極管續(xù)流，電路工作狀態(tài)如圖3(b)所示。當(dāng)某一相繞組發(fā)生故障時，由另一相繞組提供同樣大小的電壓為負載供電，保障了負載的正常輸出電壓，極大程度得提高了系統(tǒng)的容錯性能。雙凸極電機可控整流發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(1)各相電樞繞組外接可控單相橋整流電路，形成獨立的功率因數(shù)校正電路，在不同性質(zhì)負載下，可以有效提高發(fā)電機的功率因數(shù)。(2)可以通過控制整流電路開關(guān)器件的占空比，調(diào)節(jié)各相電樞電流大小，抑制各相電樞電流的波形畸變，減小發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩脈動。(3)弓丨入了 PWM調(diào)制技術(shù)，提高整流電路輸出直流電壓的最低次諧波頻率，可以減小直流側(cè)濾波器的容量。(4)電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電拓撲各相繞組之間是相互獨立的，不受其它各相繞組的電流限制，具有容錯能力。(5)適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等，對電機功率密度要求較高的場合。(6)可將各相整流側(cè)并聯(lián)或串聯(lián)，以適應(yīng)負載的不同要求。
權(quán)利要求
1.一種電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電勵磁雙凸極電機定子繞組不做星形連接，各相電機繞組分別接單相橋式可控整流電路獨立整流后輸出O
2.一種電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)電機控制量由傳統(tǒng)的控制勵磁變?yōu)橥瑫r控制勵磁和電樞電流，所述發(fā)電機控制器能根據(jù)所接收的發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置信號、三相電樞電流信號，產(chǎn)生各個單相橋式電路可控開關(guān)器件的驅(qū)動信號以控制電樞電流的大小，實現(xiàn)橋式電路對雙凸極發(fā)電機的功率因數(shù)校正，并根據(jù)直流側(cè)電壓信號反饋量，通過改變勵磁電流值以調(diào)節(jié)磁場強度，實現(xiàn)電勵磁雙凸極電機的勵磁調(diào)壓。
3.一種電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，單相橋可控整流模式可用作二相、四相、五相等相數(shù)的電勵磁雙凸極電機發(fā)電系統(tǒng)。
4.一種電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電勵磁雙凸極電機單相橋可控整流發(fā)電拓撲，可將各相整流側(cè)并聯(lián)或串聯(lián)，形成各相并聯(lián)模式和各相串聯(lián)模式，以適應(yīng)不同負載要求。
全文摘要
一種電勵磁雙凸極電機可控單相橋整流發(fā)電系統(tǒng)，屬于特種發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成，分別是電勵磁雙凸極發(fā)電機、單相橋可控整流電路和發(fā)電機控制器，電勵磁雙凸極電機各相電樞繞組不做星形連接，分別接橋式可控整流電路獨立整流后輸出，發(fā)電系統(tǒng)的控制器能根據(jù)所接收的發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置信號、三相電樞電流信號，產(chǎn)生橋式電路可控開關(guān)器件的驅(qū)動信號以控制電樞電流的大小，以實現(xiàn)橋式電路對雙凸極發(fā)電機的功率因數(shù)校正，并根據(jù)直流側(cè)電壓信號反饋量，通過改變勵磁電流值以調(diào)節(jié)磁場強度，實現(xiàn)電勵磁雙凸極電機的勵磁調(diào)壓，向負載供電時，可形成各相并聯(lián)模式和各相串聯(lián)模式，以適應(yīng)不同負載要求。
文檔編號H02P9/30GK102347725SQ20111016123
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者嚴仰光, 段晴晴, 毛志鑫, 陳冉, 陳志輝, 龔春英 申請人:南京航空航天大學(xué)