[发明专利]一种开关磁阻发电机变流器拓扑及其控制方法

权利要求书

1.一种开关磁阻发电机变流器拓扑，由励磁电源、变流主电路、充电电路、母线电容器、隔离式DC/DC变换器、放电电路组成，其特征是，所述励磁电源输出两端连接所述变流主电路输入两端，励磁电源的输入两端连接所述充电电路的输出两端，变流主电路的输出两端跨接所述母线电容器，并且与所述隔离式DC/DC变换器的输入两端连接，隔离式DC/DC变换器的输出两端连接充电电路的输入两端，所述放电电路的两端中的正极端连接变流主电路输出正极端，放电电路的负极端连接变流主电路输入正极端，励磁电源的输入输出负极端、变流主电路的输入输出负极端、充电电路输出负极端、母线电容器负极端、隔离式DC/DC变换器输入负极端均短接；

开关磁阻发电机有H个相绕组，每相绕组分为两套绕组，并对称分别集中绕制于两个不同的定子凸极上；H大于二并小于五；

励磁电源由蓄电池、第一开关管组成，所述蓄电池与所述第一开关管串联，蓄电池正极连接第一开关管阳极，第一开关管阴极和蓄电池负极分别作为励磁电源输出端正负极，励磁电源的输入正极端连接蓄电池正极；

变流主电路由H个相同拓扑结构的变流支路并联连接组成，每个所述的变流支路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第一电感、第二电感、第一电容器、第二电容器、第二开关管、第三开关管、第四开关管，以及一相绕组组成，所述第一二极管的阳极作为变流主电路输入正极端，第一二极管的阴极连接所述第一电感一端和所述第二电容器正极，第一电感另一端连接所述第二开关管阳极和所述第一电容器正极，第二开关管阴极连接所述第三二极管阳极、所述第五二极管阴极以及所述一相绕组的第一套绕组一端，第五二极管阳极与第二电容器负极、所述第三开关管阴极和所述第二电感一端连接，第三二极管阴极连接所述第四二极管阴极和一相绕组的第二套绕组一端，第一套绕组的另一端与第四二极管阳极和所述第二二极管阳极连接，第二二极管阴极与第二套绕组另一端、第三开关管阳极、所述第四开关管阳极连接，第一电容器负极、第二电感另一端连接并作为变流主电路输入输出负极端，第四开关管阴极作为变流主电路输出正极端；

充电电路由第五开关管、第三电感、第六二极管、第七二极管、电阻组成，所述第五开关管阳极作为充电电路输入正极端，第五开关管阴极与所述第六二极管阴极和所述第三电感一端连接，第六二极管阳极作为充电电路输入输出负极端，第三电感另一端与所述电阻一端连接，电阻另一端与所述第七二极管阳极连接，第七二极管阴极作为充电电路输出正极端；

母线电容器正负极两端分别连接变流主电路的输出正负极两端；

隔离式DC/DC变换器的输入输出均为直流，电压大小相等，当中具备磁隔离环节；

放电电路由第六开关管、第三电容器、第八二极管、泄放器组成，所述第六开关管的阳极作为充电电路正极，第六开关管阴极连接所述第三电容器正极，第三电容器负极连接所述第八二极管阳极，第八二极管阴极作为放电电路负极，所述泄放器与第三电容器两端连接。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机变流器拓扑的控制方法，其特征是，开关磁阻发电机在即将起动发电时，发电机被驱动旋转后先闭合第一开关管，其余开关管全部为断开状态，此时由蓄电池向变流主电路各变流支路的第一电容器和第二电容器进行充电工作；

开关磁阻发电机在工作中，根据转子位置信息，变流主电路投入工作，首先判断要进入工作状态的某相绕组之后，该相绕组两套绕组所在的变流支路开始工作，该变流支路工作期间，其余变流支路中的全部开关管为断开状态，该变流支路的工作分为如下三个步骤，各步骤中的控制方法同时如下：

步骤一为励磁阶段，第二开关管、第三开关管闭合导通，第四开关管断开；

根据转子位置信息和相绕组电流信号，当在到达励磁阶段最大角度位置之前相绕组电流已经达到设定的所需电流值时，直接转入步骤三；否则即在到达励磁阶段最大角度位置时相绕组电流依然没有达到所需电流时，进入步骤二；

步骤二为续流阶段，断开第二开关管，第三开关管继续闭合导通，第四开关管继续是断开状态，续流阶段最大角度到来之前检测到相电流已达设定值，进入步骤三，否则到续流阶段最大角度后进入步骤三；

步骤三为发电阶段，断开第二开关管和第三开关管，同时闭合第四开关管，待根据转子位置信息达到发电阶段最大角度后，断开第四开关管，该相绕组的变流支路工作结束；

检测到需要下一相绕组的变流支路工作时，重复如上步骤；

变流主电路工作期间，当出现如下情况之一时，充电电路投入工作：

(1)检测到蓄电池两端电压低于设定的下限值，并且母线电容器两端电压高于蓄电池两端电压；

(2)检测到母线电容器两端电压超过允许的上限值，同时蓄电池两端电压不高于设定的上限值；

(3)变流主电路工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池两端电压不高于设定的上限值；

当变流主电路已停止工作但母线电容器两端电压高于蓄电池两端电压，同时蓄电池两端电压不高于设定的上限值时，充电电路也投入工作；

充电电路开始工作时，即第五开关管闭合导通，为了保证充电电路输出电压及电流满足需求，即使得充电电压和电流在蓄电池允许的范围内，调节第五开关管的开关状态即占空比实现，占空比的调节以满足蓄电池允许的最大充电电压和电流为前提，不能满足时以充电电路能输出的最大电压和电流为要求；

当出现如下情况之一时，放电电路投入工作：

(1)蓄电池两端电压已达到上限值，同时母线电容器两端电压超过上限值；

(2)变流主电路工作中即使投入步骤二的续流阶段，续流阶段结束前的电流依然不能达到所需值，同时检测到蓄电池两端电压已达到设定的上限值；

放电电路投入工作即闭合第六开关管，当第三电容器两端电压超限时，与其并联的泄放器开关闭合对第三电容器泄能，直至第三电容器两端电压到最低值时；

当工作中出现蓄电池两端电压、母线电容器两端电压超过一小时均低于最低限定值时，给予全部开关管关断信号，发电机组停机。