無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)，特別是涉及一種無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的無刷勵磁無刷直流電機(jī)在勵磁側(cè)多數(shù)采用了直流勵磁，且在轉(zhuǎn)子功率勵磁都是采用直流繞組電磁場進(jìn)行轉(zhuǎn)子功率勵磁。如圖11展示的是直流勵磁交流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)。雖然直流勵磁控制相對簡單，技術(shù)也比較成熟，但是普通直流勵磁電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下存在直流勵磁效率低、運(yùn)行范圍窄或者勵磁失效和功率密度偏低的問題，降低了電勵磁效率。而且轉(zhuǎn)子功率勵磁僅僅采用直流繞組電磁場發(fā)出常規(guī)的正弦波電壓。為解決直流勵磁在低轉(zhuǎn)速下存在的勵磁效率降低或者勵磁失效的問題。為了進(jìn)一步提高無刷勵磁無刷直流電機(jī)的功率密度和發(fā)電效率。我司經(jīng)過了大量研宄、論證、驗(yàn)證后，已經(jīng)提出并且申請了專利申請?zhí)枮?01410356061.1的實(shí)用新型專利和專利申請?zhí)枮?01420412580.0的實(shí)用新型專利的《無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)》。
[0003]但是為了實(shí)現(xiàn)無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的功能，需要為其提供一種特別適用于該電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)。為使電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)交流無刷變頻勵磁，本系統(tǒng)采用了交流變頻勵磁部為電機(jī)的無刷交流勵磁繞組提供交流變頻勵磁電壓。而且根據(jù)電機(jī)功率大小，定子功率繞組采用三、六、九等多相繞組，電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)也相應(yīng)地采用6、12、18等多脈沖整流。從而達(dá)到了減小諧波、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)的發(fā)電效率的目的。
[0004]此外，為實(shí)現(xiàn)特殊場合下如船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的緊急靠岸功能(Take HomeSystem)功能。即在主發(fā)動機(jī)損壞的緊急情況下，可以將主機(jī)與齒輪箱脫開，輔機(jī)帶動主發(fā)電機(jī)作為船舶應(yīng)急電源供電，原來工作在發(fā)電狀態(tài)的軸帶發(fā)電機(jī)則變?yōu)檩S帶電動機(jī)工作，從而驅(qū)動螺旋槳，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急靠岸(Take Home System)。除此之外，船舶電源還包括蓄電池組構(gòu)成的小應(yīng)急電源。當(dāng)主發(fā)電機(jī)組不能供電時，由應(yīng)急發(fā)電機(jī)組或蓄電池組向船舶重要航行設(shè)備和應(yīng)急照明系統(tǒng)供電。因此本實(shí)用新型中的無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)，需要具備使功率由無刷勵磁無刷直流電機(jī)到負(fù)載/主發(fā)以及由主發(fā)電機(jī)到無刷勵磁無刷直流電機(jī)之間的雙向流動的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)。在電機(jī)上采用了交流無刷勵磁，解決低速勵磁問題，保證零速以上都可以發(fā)電，拓展了發(fā)電系統(tǒng)的工作范圍；采用旋轉(zhuǎn)整流子，復(fù)合(永磁磁場+直流電磁場)勵磁無刷直流發(fā)電機(jī)，提高電機(jī)功率密度和降低電機(jī)及系統(tǒng)成本；發(fā)電端采用無刷直流繞組，產(chǎn)生梯形波發(fā)電電壓，提高低速發(fā)電功率，進(jìn)一步提高功率密度，大幅縮小電機(jī)及系統(tǒng)體積；根據(jù)功率大小，采用6、12、18等多脈沖整流，減小諧波，能夠取消PWM整流，降低系統(tǒng)成本，提高整個運(yùn)行系統(tǒng)的效率；在整流和逆變環(huán)節(jié)采用四象限整流逆變方案，能使整個系統(tǒng)在不改動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)到電動狀態(tài)的切換。
[0006]本實(shí)用新型的無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)(I)包括有:定子勵磁繞組(12)，電機(jī)轉(zhuǎn)子(13)，定子功率繞組(14)。所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子(13)包括轉(zhuǎn)子勵磁繞組(131)、旋轉(zhuǎn)整流器(132)、轉(zhuǎn)子功率勵磁單元(133)，所述的轉(zhuǎn)子功率勵磁單元(133)包括直流繞組(1331)和永磁體(1332)，直流繞組(1331)附繞在永磁體(1332)上且兩者進(jìn)行復(fù)合勵磁。
[0007]本實(shí)用新型的運(yùn)行控制系統(tǒng)包括有:包括整流部(3)、儲能部⑷、逆變部(5)、正弦濾波器(6)、輸出變壓器(7)、負(fù)載/主發(fā)(8)、交流變頻勵磁部(9)、控制部(10);其中無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的定子功率繞組(14)通過三相線路連接至整流部的輸入端，整流部(3)的正負(fù)直流母線輸出端連接至逆變部(5)的正負(fù)直流母線輸入端，并且在整流部(3)和逆變部(5)之間的正負(fù)直流母線上并聯(lián)有儲能部(4)，逆變部(5)的輸出端通過三相線路連接至正弦濾波器(6)的輸入端，正弦濾波器(6)的輸出端通過三相線路連接至輸出變壓器(7)的三相輸入端，輸出變壓器(7)通過三相四線線路或三相線路連接至負(fù)載/主發(fā)(8)，定子勵磁繞組(12)通過三相線路連接至交流變頻勵磁部(9)的三相輸出端，交流變頻勵磁部(9)的正負(fù)直流母線輸入端并聯(lián)到儲能部(4)和逆變部(5)之間的正負(fù)直流母線上，控制部(10)為逆變部(5)和交流變頻勵磁部(9)提供控制信號。
[0008]所述一種運(yùn)行控制系統(tǒng)還包括有:直流電抗器(2);當(dāng)系統(tǒng)中的無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)(I)在其定子功率繞組(14)上采用六相繞組，并分成兩組120°對稱的三相星型繞組時，系統(tǒng)采用兩組三相整流部(3)進(jìn)行六脈沖整流；兩組直流電抗器(2)分別串聯(lián)在兩組整流部(3)的直流母線輸出正端與儲能部(4)正極之間之間對兩組整流部(3)的輸出電壓進(jìn)行均壓。
[0009]其中第一組三相星型繞組通過三相線路連接第一組整流部(3)的輸入端，整流部(3)的正負(fù)直流母線輸出端連接至逆變部(5)的正負(fù)直流母線輸入端，在整流部(3)和逆變部(5)之間的正負(fù)直流母線上并聯(lián)有儲能部(4)，且在整流部(3)直流母線正輸出端和儲能部(4)正極之間的正直流母線上串聯(lián)有第一組直流電抗器(2)。
[0010]定子功率繞組(14)的第二組三相星型繞組通過三相線路連接第二組整流部(3)的輸入端，該組整流部(3)和逆變部(5)之間的正負(fù)直流母線上并聯(lián)有儲能部(4)，整流部
(3)的正負(fù)直流母線輸出端連接至逆變部(5)的正負(fù)直流母線輸入端，該組整流部(3)的正負(fù)直流母線輸出端并聯(lián)到儲能部(4)的正負(fù)極，且在該組整流部(3)直流母線正輸出端和儲能部(4)正極之間的正直流母線上串聯(lián)有第二組直流電抗器(2)。
[0011]逆變部(5)的輸出端通過三相線路連接至正弦濾波器(6)的輸入端，正弦濾波器(6)的輸出端通過三相線路連接至輸出變壓器(7)的三相輸入端。輸出變壓器(7)通過三相四線線路或三相線路連接至負(fù)載/主發(fā)(8)。電機(jī)的定子功率繞組(14)通過三相線路連接至運(yùn)行系統(tǒng)的交流變頻勵磁部(9)的三相輸出端，交流變頻勵磁部(9)的正負(fù)直流母線輸入端并聯(lián)到儲能部(4)和逆變部(5)之間的正負(fù)直流母線上。控制部(10)為逆變部
(5)和交流變頻勵磁部(9)提供控制信號。
[0012]所述一種運(yùn)行控制系統(tǒng)還包括有:位置檢測單元(11)。在無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)(I)的位置檢測端有位置檢測單元(11)采集電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號并將其提供給控制部(10) O
[0013]所述的交流變頻勵磁部(9)采用三相IGBT全控全橋結(jié)構(gòu)，由控制部(10)為每一個IGBT提供通斷信號。其中每個IGBT的C極(集電極)和E極(發(fā)射極)之間反向并聯(lián)一個續(xù)流二極管，續(xù)流二極管由E極到C極單向?qū)?，在IGBT功率開關(guān)管關(guān)斷時起到續(xù)流作用。交流變頻勵磁部(9)的正負(fù)直流輸入端連接到正負(fù)直流母線，并從正負(fù)直流母線上取電作為電流來源，通過三相IGBT全控全橋逆變?yōu)榻涣髯冾l勵磁電流，交流變頻勵磁部
(9)的三相輸出端通過三相線路連接到無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)(I)的定子功率繞組(14)產(chǎn)生交流變頻勵磁感應(yīng)電磁場。
[0014]所述的整流部(3)包括三相全橋二極管不可控整流電路、三相全橋晶閘管半控整流電路、三相全橋IGBT半控整流電路、三相全橋晶閘管全控整流電路、三相全橋IGBT全控整流電路中的一種或多種。優(yōu)選的，在本實(shí)用新型中整流部(3)采用了三相全橋二極管不可控整流和三相全橋TGBT全控整流。具體的，在本實(shí)用新型中的整流部(3)包括:PWM整流部(31)、全橋整流部(32)、整流逆變部(33)。特別的，整流逆變部(33)指的是三相全橋IGBT既可以工作在整流狀態(tài)的PWM整流，還可以工作在逆變狀態(tài)的全控逆變。
[0015]所述的逆變部(5)采用是三相全橋IGBT全控逆變。逆變部(5)采用三相IGBT全橋全控結(jié)構(gòu)，由控制部(10)為每一個IGBT提供通斷信號。其中每個IGBT的C極(集電極)和E極(發(fā)射極)之間反向并聯(lián)一個續(xù)流二極管，續(xù)流二極管由E極到C極單向?qū)ǎ贗GBT功率開關(guān)管關(guān)斷時起到續(xù)流作用。具體的，在本實(shí)用新型中的逆變部(5)包括:全控逆變部(51);逆變整流部(52)。特別的，逆變整流部(52)指的是三相全橋IGBT既可以工作在逆變狀態(tài)的全控逆變，還可以工作在整流狀態(tài)的PWM整流。
[0016]基于所述的整流部(3)和逆變部(5)的不同，控制部(10)具體的還包括了為全控逆變部(51)、逆變整流部(52)、交流變頻勵磁部(9)、PWM整流部(31)、整流逆變部(33)提供控制信號。
[0017]所述的儲能部⑷包括有:DC/DC變換的電池組、超級電容、高能電容、電解電容、鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池中的一種或幾種，連接關(guān)系為串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)中的一種。優(yōu)選的，在本實(shí)用新型中采用了大容量電容器進(jìn)行直流母線濾波以及儲能。
[0018]所述的負(fù)載/主發(fā)⑶包括有:電力負(fù)載(81)和主發(fā)電機(jī)(82)。具體的，當(dāng)所述的無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)僅用作發(fā)電運(yùn)行向負(fù)載/主發(fā)(8)中電力負(fù)載(81)供電時，由于用電負(fù)載多采用三相四線線制。故輸出變壓器(7)采用三相四線線路連接負(fù)載/主發(fā)(8)中的電力負(fù)載(81)。具體的，當(dāng)無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制系統(tǒng)既要用作發(fā)電運(yùn)行向?yàn)樨?fù)載/主發(fā)⑶中主發(fā)電機(jī)(82)供電，又要用作電動運(yùn)行使負(fù)載/主發(fā)(8)中主發(fā)電機(jī)(82)向無刷交流復(fù)合勵磁無刷直流電機(jī)(I)供電時，由于主發(fā)電機(jī)(82)只需要采用三相線路，故輸出變壓器(7)采用三相線路連接負(fù)載/主發(fā)
(8)中的主發(fā)電機(jī)(82)。特別的，當(dāng)主發(fā)電機(jī)采用永磁同步電機(jī)時，其特別適用于用作電動機(jī)運(yùn)行，又可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
[0019]所述的正弦濾波器(6)為三相濾