小型開關磁阻風力發(fā)電機半自勵升壓功率變換器拓撲的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及開關磁阻電機及其控制領域，具體涉及一種小型開關磁阻風力發(fā)電機的功率變換器新型勵磁方式的拓撲結構。
【背景技術】
[0002]清潔、綠色、環(huán)保為標志的風力發(fā)電是多年來至今國內外重點發(fā)展的可再生能源發(fā)電形式。
[0003]開關磁阻發(fā)電機結構簡單，轉子上無刷、無繞組、無永久磁體；其運行時相當于一個電流源，這樣在一定轉速范圍內，輸出端電壓不會隨著轉速的變化而變化，這非常適合于當前主流的變速運行的風力機，可提高風能的利用效率；開關磁阻發(fā)電機低速可控性能好，從而可以在風力直接驅動下省去齒輪箱，實現較高的發(fā)電效率的同時使整個發(fā)電系統(tǒng)結構更加簡潔、可靠，這也是風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢；而在運行過程中，開關磁阻發(fā)電機可控參數多，如開關角控制、電流斬波控制、PWM控制等，可方便的實現比較復雜的控制策略，靈活的控制輸出直流電壓和電流；但要想發(fā)揮開關磁阻發(fā)電機的眾多優(yōu)點，運行中首要的基礎是開關磁阻風力發(fā)電系統(tǒng)能獲得最大功率輸出。
[0004]關于開關磁阻發(fā)電機的功率變換器主電路，公知不對稱半橋式是最成熟的，配合一定的控制模式下，可分時、不同回路的方便實現勵磁和發(fā)電；不過它的每一相繞組都要占用兩支電力電子開關管和兩支電力二極管，結構較為復雜。
[0005]關于開關磁阻發(fā)電機的勵磁方式，有他勵和自勵兩種；根據開關磁阻發(fā)電機工作原理，公知其勵磁電壓的大小影響其勵磁電流大小，進而影響到其輸出功率的大小，也就是說，增大勵磁電壓是增大勵磁電流進而增加開關磁阻發(fā)電機輸出功率的方式之一，傳統(tǒng)的勵磁方式大多是固定勵磁電壓(傳統(tǒng)他勵)或者因應輸出電壓(傳統(tǒng)自勵)而變，幾乎沒有針對勵磁電壓進行專門實時調整的軟硬件方法；近年來這方面的研宄和實踐出現了一些，包括:1.鄧秋玲，黃守道等.提高開關磁阻發(fā)電機輸出功率的措施[J].微特電機，2008年第4期.該文獻提出了一種開關磁阻發(fā)電機功率變換器拓撲結構，可使得勵磁電壓增加一倍，但加重了電路的復雜度，而且只能在兩個電壓值間變換，不能平滑調節(jié)勵磁電壓；還有文獻2.彭寒梅，易靈芝等.基于Buck變換器的開關磁阻發(fā)電機新型勵磁模式[J].太陽能學報，2012年第3期.該文提出了一種不同于不對稱半橋式的新型功率變換器主電路，主電路結構上減少了一半的電氣元件用量，同時其勵磁電壓采用Buck斬波電路調節(jié)，可平滑改變勵磁電壓，取得了非常大的進步。

【發(fā)明內容】

[0006]根據以上的現有【背景技術】，本實用新型提出一種采用簡化結構的新型功率變換器主電路，勵磁電壓通過升壓斬波電路進行調節(jié)的新型既不屬于他勵方式也不屬于自勵方式而叫做半自勵方式的開關磁阻風力發(fā)電機功率變換器拓撲結構，可用于小型開關磁阻風力發(fā)電機系統(tǒng)領域。
[0007]本實用新型的技術方案為:
[0008]小型開關磁阻風力發(fā)電機半自勵升壓功率變換器拓撲，由新型功率變換器主電路
1、升壓斬波電路2、DC/DC變換器3、負載R組成，其特征在于，所述新型功率變換器主電路1勵磁電壓輸入端與所述升壓斬波電路2輸出端連接，所述DC/DC變換器3并聯(lián)于新型功率變換器主電路1的發(fā)電輸出端同時與所述負載R并聯(lián)，DC/DC變換器3的另兩端與升壓斬波電路2中的輸入兩端連接。
[0009]所述升壓斬波電路2中的輸入直流電源為蓄電池X，當它電能不足時，由DC/DC變換器3接收新型功率變換器主電路1輸出的電能向其充電；蓄電池X的額定電壓小于新型功率變換器主電路1的輸出額定電壓；通過對升壓斬波電路2中唯一的電力電子開關管V4的占空比的調節(jié)，可改變輸出給新型功率變換器主電路1的勵磁電壓。
[0010]本實用新型的主要技術效果是:
[0011]本實用新型的小型開關磁阻風力發(fā)電機半自勵升壓功率變換器拓撲，新型功率變換器主電路1相對不對稱半橋式功率變換器主電路少用了一半的電氣元件；升壓斬波電路2改變勵磁電壓，從而為最大功率跟蹤獲得提供了便利，拓寬了系統(tǒng)控制的靈活性。
[0012]本實用新型的拓撲，不像傳統(tǒng)他勵模式那樣需要經常檢查維護供勵磁的蓄電池X的狀況，其通過DC/DC變換器3，在蓄電池X兩端電壓低于限定值時，自動接收來自DC/DC變換器3即發(fā)電機組發(fā)出的電能，所以具有自勵的性質，但確沒有傳統(tǒng)自勵模式下勵磁電源脈動大的缺點；同時因蓄電池X電壓穩(wěn)定，有電時完全通過電力電子開關管V4的作用獲得穩(wěn)定的勵磁電壓，所以也兼具他勵模式性質，因此叫做半自勵或半他勵模式。
【附圖說明】
[0013]圖1所示為本實用新型的小型開關磁阻風力發(fā)電機半自勵升壓功率變換器拓撲電路結構圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，新型功率變換器主電路1中，A/B/C為開關磁阻發(fā)電機的三套相繞組，每套相繞組獨立控制，電力電子開關管V1-V3 —般為IGBT ;根據開關磁阻發(fā)電機控制系統(tǒng)檢測的發(fā)電機轉子位置信號，確定哪相繞組需要勵磁后，譬如當下為A相繞組需勵磁，則VI閉合，升壓斬波電路2在輸出電壓作用下產生勵磁電流流經A繞組和VI，此時根據控制及檢測的信號決定升壓斬波電路2的輸出電壓大小并由其內部的電力電子開關管V4的占空比決定，V4—般為IGBT，待A繞組勵磁電流建立達到給定要求后，VI關斷，此時因繞組A為感性，存有磁能，從圖1中可見，此時電力二極管D1將為其續(xù)流并輸出電能給外部負載R及其他儲能元件；電容器起穩(wěn)定電壓和濾波的作用；待到發(fā)電機轉子轉過一定角度，過渡到下一相繞組重復如上的工作過程，如此反復，不斷的勵磁和輸出電能。
[0015]升壓斬波電路2由蓄電池X、電力電子開關管V4、電抗器L1、電容器C1、電力二極管D4組成，蓄電池X —般保持在額定容量左右，并且應明顯小于新型功率變換器主電路1所輸出的額定電壓；通過DC/DC變換器3供給所缺電能，電力電子開關管V4的占空比的改變，決定了升壓斬波電路2輸出給發(fā)電機繞組的勵磁電壓大小，公知開關磁阻發(fā)電機的勵磁電流大小并不是單獨由勵磁電壓決定，也與其轉速等參數有關，所以，發(fā)電機控制系統(tǒng)控制器必須在最大功率跟蹤控制的總范圍內給出期望的升壓斬波電路2輸出電壓，也就是具體的電力電子開關管V4的通斷時刻即PWM波占空比。
[0016]雖然本實施例采用的三相繞組開關磁阻發(fā)電機，但并不影響本實用新型對其他不同相數情況的保護。
【主權項】
1.小型開關磁阻風力發(fā)電機半自勵升壓功率變換器拓撲，由新型功率變換器主電路(1)、升壓斬波電路(2)、DC/DC變換器(3)、負載(R)組成，其特征在于，所述新型功率變換器主電路(I)勵磁電壓輸入端與所述升壓斬波電路(2)輸出端連接，所述DC/DC變換器(3)并聯(lián)于新型功率變換器主電路(I)的發(fā)電輸出端同時與所述負載(R)并聯(lián)，DC/DC變換器(3)的另兩端與升壓斬波電路(2)中的輸入兩端連接。
2.根據權利要求1所述的小型開關磁阻風力發(fā)電機半自勵升壓功率變換器拓撲，其特征是，所述升壓斬波電路(2)中的輸入直流電源為蓄電池(X)。
【專利摘要】小型開關磁阻風力發(fā)電機半自勵升壓功率變換器拓撲，由新型功率變換器主電路、升壓斬波電路、DC/DC變換器、負載組成，其特征在于，所述新型功率變換器主電路勵磁電壓輸入端與所述升壓斬波電路輸出端連接，所述DC/DC變換器并聯(lián)于新型功率變換器主電路的發(fā)電輸出端同時與所述負載并聯(lián)，DC/DC變換器的另兩端與升壓斬波電路中的輸入兩端連接；該拓撲結構簡單實用，可靈活改變勵磁電壓，可用于小型開關磁阻風力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器領域。
【IPC分類】H02P9-30
【公開號】CN204408235
【申請?zhí)枴緾N201420869481
【發(fā)明人】孫冠群
【申請人】中國計量學院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年12月30日