本發(fā)明涉及開關磁阻電機領域，具體涉及一種能改變發(fā)電電流、自勵型并且可以自充電勵磁的開關磁阻發(fā)電機變流器及其開關控制方法。

背景技術：

開關磁阻電機用作發(fā)電機之用，是當前業(yè)界一種新的實踐探索，尤其在風力發(fā)電、汽車充電機等領域已有一些探索。

開關磁阻發(fā)電機的變流器是其運行期間的關鍵部件，也是實現(xiàn)高效率高可靠性運行的核心部件。

由于應用開關磁阻發(fā)電機的領域大多看中的是其本身結構簡單堅固成本低的特點，所以其變流器部分的結構簡單是很重要的；

在很多領域，尤其風電應用領域，最大功率的輸出即mppt控制是研究熱點，也就是說，盡量提高發(fā)電機的發(fā)電能力很重要，作為開關磁阻發(fā)電機，提高發(fā)電能力，可控的發(fā)電電流對于控制功率輸出是很重要的，但是，發(fā)電階段的繞組電流不受控，一直是業(yè)界科研人員的一塊心病；

從開關磁阻發(fā)電機的勵磁階段的勵磁電源來源角度分，有自勵型和他勵型，傳統(tǒng)自勵型電流波動大，加大了開關磁阻發(fā)電機的轉矩脈動，非常不利，他勵型的電流穩(wěn)定，但傳統(tǒng)他勵型的需要頻繁的更換蓄電池，加大了人工成本，如果即利用了蓄電池供電穩(wěn)定的優(yōu)點，又能自動充電，不失為一種有意義的設計。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)以上的背景技術，本發(fā)明就提出了一種結構簡單、可變發(fā)電電流、自勵充電蓄電池型勵磁的可廣泛應用于各發(fā)電領域的開關磁阻發(fā)電機變流器結構及其開關控制方法。

本發(fā)明的技術方案為：

變電流自勵自充電開關磁阻發(fā)電機變流器，由蓄電池、第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管、第七開關管、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管、第九二極管、第十二極管、第十一二極管、第十二二極管、第一相繞組、第二相繞組、第三相繞組、第四相繞組、第一電容器、第二電容器、第三電容器、第一電感、第二電感、第三電感、母線電容器、dc/dc隔離變換器組成，其特征是，所述蓄電池正極連接所述第一開關管陽極、所述第二開關管陽極、所述第三開關管陽極、所述第四開關管陽極、所述第十二二極管陰極，蓄電池負極連接所述第一相繞組一端、所述第二相繞組一端、所述第三相繞組一端、所述第四相繞組一端、所述第一電容器正極、所述第二電容器正極、所述第二電感一端、所述母線電容器負極、所述第三電容器負極、所述第七開關管陽極、所述dc/dc隔離變換器的輸入和輸出負極端，并作為母線輸出負極端，第一開關管陰極連接所述第一二極管陽極，第二開關管陰極連接所述第二二極管陽極，第三開關管陰極連接所述第三二極管陽極，第四開關管陰極連接所述第四二極管陽極，第一二極管陰極連接所述第五二極管陰極和第一相繞組另一端，第二二極管陰極連接所述第六二極管陰極和第二相繞組另一端，第三二極管陰極連接所述第七二極管陰極和第三相繞組另一端，第四二極管陰極連接所述第八二極管陰極和第四相繞組另一端，第一電容器負極連接第五二極管陽極、第六二極管陽極、第七二極管陽極、第八二極管陽極、所述第一電感一端，第一電感另一端連接第二電容器負極和所述第九二極管陰極，第九二極管陽極連接所述第五開關管陰極，第五開關管陽極連接第二電感另一端和所述第十二極管陽極，第十二極管陰極連接母線電容器正極，并作為母線輸出正極端，母線輸出正負極端分別連接dc/dc隔離變換器的輸入正負極端，dc/dc隔離變換器的輸出正極端連接所述第六開關管陽極，第六開關管陰極連接第七開關管陰極和所述第三電感一端，第三電感另一端連接所述第十一二極管陽極，第十一二極管陰極連接第三電容器正極和第十二二極管陽極。

所述的全部開關管的工作方式為：

根據(jù)開關磁阻發(fā)電機的轉子位置信息，由蓄電池向需要勵磁的相繞組供電勵磁，第一開關管閉合則向第一相繞組勵磁，第二開關管閉合則向第二相繞組勵磁，第三開關管閉合則向第三相繞組勵磁，第四開關管閉合則向第四相繞組勵磁；

勵磁階段結束后進入發(fā)電階段，相繞組對應的開關管斷開，當?shù)谖彘_關管斷開時，相繞組中儲存的磁能向第一電容器、第二電容器、第一電感轉移，當?shù)谖彘_關管閉合時，相繞組中儲存的磁能向第一電容器、第二電容器、第一電感、第二電感轉移，第五開關管的開關占空比越大，發(fā)電電流越大，占空比越小，發(fā)電電流越小；

當蓄電池兩端電壓不低于設定的下限值時，第六開關管和第七開關管始終處于斷開狀態(tài)；當檢測到蓄電池兩端電壓低于下限值時，第六開關管以一定占空比斬波開關工作，第七開關管以一定占空比斬波開關工作，調節(jié)第六開關管和第七開關管占空比，可改變經(jīng)第十二二極管向蓄電池充電的電壓和電流大小。

本發(fā)明的技術效果主要有：

從本發(fā)明的相繞組勵磁階段可見，每相繞組的勵磁回路僅由一個開關管和一個二極管組成，相比傳統(tǒng)結構下，減少了開關管用量，節(jié)省了成本；

在相繞組發(fā)電階段，發(fā)電回路上僅有一個二極管即可完成初步的發(fā)電輸出，結構也趨于簡單；

在發(fā)電電流的輸出側，通過對第五開關管的占空比的調節(jié)，可以改變發(fā)電電流的大小，進而可改變相繞組電流大小，發(fā)電階段繞組電流被改變，顛覆了開關磁阻發(fā)電機業(yè)界的傳統(tǒng)認知，即發(fā)電階段的繞組電流是不受控的，這個意義非常重大，可調的繞組電流：(1)為開關磁阻發(fā)電機的mppt控制尤其風電工況下mppt控制提供了一個可控參量；(2)轉矩脈動是開關磁阻電機應用發(fā)展的瓶頸問題之一，為開關磁阻發(fā)電機的轉矩脈動的抑制提供了一種控制變量；此外，第五開關管占空比的調節(jié)，也相當于是對負載側負載的調節(jié)，提高了對變化負載情況下的變流器適應度；

通過對第六開關管和第七開關管占空比的調節(jié)，實現(xiàn)對蓄電池的不同充電電壓和電流的寬范圍、靈活調節(jié)，從而可適應更寬容量和參數(shù)的蓄電池，適應不同充電速度的要求，使得可更安全、可靠的充電；當然，也不必如蓄電池他勵型開關磁阻發(fā)電機下的頻繁的更換蓄電池，減少了人為工作量。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明的變電流自勵自充電開關磁阻發(fā)電機變流器電路結構圖。

具體實施方式

變電流自勵自充電開關磁阻發(fā)電機變流器，如附圖1所示，由蓄電池x、第一開關管v1、第二開關管v2、第三開關管v3、第四開關管v4、第五開關管v5、第六開關管v6、第七開關管v7、第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3、第四二極管d4、第五二極管d5、第六二極管d6、第七二極管d7、第八二極管d8、第九二極管d9、第十二極管d10、第十一二極管d11、第十二二極管d12、第一相繞組a、第二相繞組b、第三相繞組c、第四相繞組d、第一電容器c1、第二電容器c2、第三電容器c3、第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第三電感l(wèi)3、母線電容器cm、dc/dc隔離變換器組成，蓄電池x正極連接第一開關管v1陽極、第二開關管v2陽極、第三開關管v3陽極、第四開關管v4陽極、第十二二極管d12陰極，蓄電池x負極連接第一相繞組a一端、第二相繞組b一端、第三相繞組c一端、第四相繞組d一端、第一電容器c1正極、第二電容器c2正極、第二電感l(wèi)2一端、母線電容器cm負極、第三電容器c3負極、第七開關管v7陽極、dc/dc隔離變換器的輸入和輸出負極端，并作為母線輸出負極端，第一開關管v1陰極連接第一二極管d1陽極，第二開關管v2陰極連接第二二極管d2陽極，第三開關管v3陰極連接第三二極管d3陽極，第四開關管v4陰極連接第四二極管d4陽極，第一二極管d1陰極連接第五二極管d5陰極和第一相繞組a另一端，第二二極管d2陰極連接第六二極管d6陰極和第二相繞組b另一端，第三二極管d3陰極連接第七二極管d7陰極和第三相繞組c另一端，第四二極管d4陰極連接第八二極管d8陰極和第四相繞組d另一端，第一電容器c1負極連接第五二極管d5陽極、第六二極管d6陽極、第七二極管d7陽極、第八二極管d8陽極、第一電感l(wèi)1一端，第一電感l(wèi)1另一端連接第二電容器c2負極和第九二極管d9陰極，第九二極管d9陽極連接第五開關管v5陰極，第五開關管v5陽極連接第二電感l(wèi)2另一端和第十二極管d10陽極，第十二極管d10陰極連接母線電容器cm正極，并作為母線輸出正極端，母線輸出正負極端分別連接dc/dc隔離變換器的輸入正負極端，dc/dc隔離變換器的輸出正極端連接第六開關管v6陽極，第六開關管v6陰極連接第七開關管v7陰極和第三電感l(wèi)3一端，第三電感l(wèi)3另一端連接第十一二極管d11陽極，第十一二極管d11陰極連接第三電容器c3正極和第十二二極管d12陽極。

根據(jù)開關磁阻發(fā)電機的轉子位置信息，由蓄電池x向需要勵磁的相繞組供電勵磁，第一開關管v1閉合則向第一相繞組a勵磁，第二開關管v2閉合則向第二相繞組b勵磁，第三開關管v3閉合則向第三相繞組c勵磁，第四開關管v4閉合則向第四相繞組d勵磁；假設為第一相繞組a需勵磁，則第一開關管v1閉合后，電流經(jīng)x-v1-d1-a-x組成勵磁回路；

第一相繞組a勵磁階段結束后進入發(fā)電階段，第一開關管v1斷開，此時第一相繞組a中儲存的磁能，按照a-c1-d5-a的回路發(fā)電輸出，同時也向與第一電容器c1并聯(lián)的第二電容器c2和第一電感l(wèi)1充電，如果第五開關管v5閉合，則也向第二電感l(wèi)2充電；第一相繞組a的發(fā)電階段期間，根據(jù)四相開關磁阻發(fā)電機結構原理，此時其相鄰的第二相繞組b或第四相繞組d應處于勵磁階段，其相應的第二開關管v2或第四開關管v4閉合勵磁；

在如上的電機運行期間，第五開關管v5閉合時第二電感l(wèi)2被充電，第五開關管v5斷開時，第二電感l(wèi)2中儲存的磁能經(jīng)由第十二極管d10給母線電容器cm充電同時輸出電能，第五開關管v5以一定的占空比開關工作，占空比越大，第二電感l(wèi)2儲存與釋放的電能越多，發(fā)電電流io越大，占空比越小則發(fā)電電流io越小，而發(fā)電電流io通過第五開關管v5占空比的調節(jié)產(chǎn)生變化后勢必影響到相繞組電流if的大小，從而顛覆了開關磁阻發(fā)電機在發(fā)電階段繞組電流無法控制的傳統(tǒng)認知；

當蓄電池x兩端電壓不低于設定的下限值時，第六開關管v6和第七開關管v7始終處于斷開狀態(tài)；

當檢測到蓄電池x兩端電壓低于下限值時，第六開關管v6以一定占空比斬波開關工作，第七開關管v7以一定占空比斬波開關工作，調節(jié)第六開關管v6和第七開關管v7占空比，可改變經(jīng)第十二二極管d12向蓄電池x充電的電壓和電流大??；具體來說，第六開關管v6閉合后，來自母線電容器cm即變流器輸出端的電能，經(jīng)dc/dc隔離變換器磁隔離后，經(jīng)v6-l3-d11-d12向蓄電池x充電，同時也向第三電感l(wèi)3和第三電容器c3充電，此時第七開關管v7截止，第六開關管v6斷開后，第七開關管v7維持斷開狀態(tài)時，僅由第三電容器c3向蓄電池x充電，若第七開關管v7閉合，則為存有磁能的第三電感l(wèi)3提供了回路，沿著l3-d11-d12-x-v7-l3也向蓄電池提供充電電流，具體第六開關管v6和第七開關管v7的占空比大小，根據(jù)蓄電池x所處不同充電時刻、對充電速度的要求并結合蓄電池充電參數(shù)而調節(jié)；考慮到充電電流的連續(xù)性和第七開關管v7占空比過低時安全起見，第三電感l(wèi)3電感值要足夠大并且其兩側還安裝有泄放裝置。