[发明专利]低压起动高压发电的三相异步电机直流起动发电系统

说明书

一、技术领域

本发明的异步电机高压直流起动发电系统，属起动/发电机，应用于航空、战车、船舶等独立电源系统。

二、背景技术

起动/发电双功能系统中的一个关键部件是电机，当前，有无刷同步电机、开关磁阻电机和异步电机等类型的电机被开发为起动发电电机。其中笼型异步电机结构坚固可靠、易维护、可高速运行，基于异步电机的起动/发电双功能系统被人们越来越关注。1997-2000年美国NASALewis研究中心的专家和一些学者根据前十几年研究的结果，连续在IEEE杂志和会议中撰文，推荐异步电机为航空用起动/发电系统电机。在汽车起动/发电系统及混合动力的研究报导中，异步电机被大量采用作起动发电电机。如美国福特汽车工业公司在比较了开关磁阻电机和异步电机后，采用了异步电机。与国外全面的研究相比，国内在基于异步电机的独立电源系统方面的研究正在展开。

尽管异步电机本质上具有电动/发电可逆运行的能力，但是，同一电机在电动和发电运行的工况往往是有较大的不同的，这使得设计起动/发电双功能系统的难度较大，表现在：起动时，电机处于发电机点火速以下的低速区，供电电源通常为低压(如48V蓄电池)；电机工作于大电流、输出高转矩；发电时，电机处于大大高于发动机点火速的高速区，它要求满足电源动静态高品质的要求，系统发电电压为高压(如270V高压直流)，这二者往往是相互矛盾的。因此，起动/发电双功能系统不同于一般的电动/发电可逆运行，技术含量较高，实现难度大。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种能解决电机低压起动与高压发电输出相矛盾的异步电机高压直流起动发电系统。

该低压起动高压发电的三相异步电机直流起动发电系统，包括三相异步电机、起动电源和主回路功率开关变换器，其特征在于，所述主回路功率开关变换器包括两个三相逆变桥，其中一个直流母线与起动电源相连的三相逆变桥的三个桥臂中点与异步电机三相绕组一侧的三个出线端相连，另一个直流母线与负载相连接的三相逆变桥的三个桥臂中点与异步电机三相绕组另一侧的三个出线端相连，两个三相逆变桥的直线母线通过转换开关相互并联或分断。由功率开关实现异步电机起动运行时，电机的三相绕组采用“Δ”型接法，当异步电机转入发电运行时，电机的三相绕组自动转换成“Y”型接法。其工作原理是，当异步电机起动运行时，转换开关闭合，两个三相逆变桥并联工作，每两个桥臂由相同的PWM脉冲控制，电机三相绕组按“Δ”型连接工作，由于相电压等于线电压，相电压较“Y”型接法要高倍，在满足起动至发动机点火速度的条件下，所需的母线直流电压较低，适应于低压蓄电池供电，并且两个三相逆变桥并联工作，共同分担起动运行时的大电流，这样就实现了电机的低压起动；当异步电机由起动运行阶段转入发电运行工作时，转换开关处于打开状态，电机三相绕组由三相逆变桥的功率开关转换成适合于发电运行的“Y”型接法，连接于负载与异步电机三相绕组出线端之间的三相逆变桥进行发电机的PWM控制，这样就实现了电机的高压输出。

四、附图说明

附图1是低压起动高压发电的三相异步电机直流起动发电系统主电路拓扑结构示意图。

图1中符号名称：B₁-B₆为相逆变桥的桥臂，K为转换开关。

附图2是电机起动运行是电机三相绕组的“Δ”型接法示意图。

附图3是电机发电运行是电机三相绕组的“Y”型接法示意图。

附图2与图3中的符号名称，U_dc、输出直流电压、C、电容、i_sai_sbi_sc分别为A相、B相和C相的相电流，U_saU_sbU_sc分别为A相、B相和C相的相电压。

附图4是异步电机起动过程直接转矩控制系统结构示意图。

附图5(a)是电机三相绕组“Y”型接法的电压矢量示意图。

附图5(b)是电机三相绕组“Δ”型接法的矢量示意图

附图6是异步电机发电过程瞬时转矩控制系统结构示意图。