[发明专利]一种小功率半自励开关磁阻电机简易多功能变流器

说明书

一种小功率半自励开关磁阻电机简易多功能变流器，由一个电容器、一个蓄电池、相应相绕组数量的相绕组变流主电路组成，各相绕组变流主电路之间并联，电容器和蓄电池串联后也与各相绕组变流主电路并联，通过开关管作用，在励磁阶段发电电压即电容器端电能可参与励磁，从而励磁电压灵活可控，变发电电压采取同样措施；除作为发电机灵活可控，作为电动机时采用一样的控制模式，所以整个发明不但结构简单而且控制简便，并实现常规不对称半桥型变流器无法实现的多种功能，适应于各类小功率的开关磁阻发电机/电动机一体化变流系统中。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机领域，具体涉及一种小功率的半自励结构的简易但多功能的开关磁阻电机变流器及其控制方法。

背景技术

开关磁阻电机结构简单坚固，制造成本低廉，转子上无绕组、无永磁体，可靠性高，其中一相绕组不工作不影响其他相绕组的正常工作，容错性强，具有广阔的应用前景。

开关磁阻电机作为风力发电机应用时，相对双馈异步或永磁同步风力发电机，又具有成本低廉可靠性高的优点；作为各行各业电动机或普通发电机运行时，其优良的本体结构和运行特点，也具备相当的优势。

开关磁阻电机一般由多个相绕组置于定子上，根据定转子之间凸极和凹槽的相对位置决定具体通电的相绕组，各相绕组分时工作；作为发电机工作时，每相绕组工作时一般分为励磁和发电两大阶段，励磁阶段为电机相绕组吸收外来励磁电源的电能储存磁能，后续根据转子相对定子位置结束励磁阶段进入发电阶段，相绕组中储存的磁能转化为电能输出，必要时中间再引入续流阶段，以便获得满足需求的绕组电流。

开关磁阻发电机的励磁、续流、发电都要围绕连接其绕组的变流电路的运行控制实现，没有绕组变流电路，开关磁阻发电机自然没有任何意义。

开关磁阻发电机运行时，现有变流系统，在励磁阶段，励磁电源大多实现了自励模式，这样无需他励模式下频繁更换蓄电池或充电的人工工作，尤其在风电领域，不过很多新型自励电源结构和控制都较为复杂，还需要配备专门的控制器；传统他励模式虽然缺点明显，譬如人工维护、充电或换电池工作量大，但如果能克服此缺点，或延长人工参与的频率，又能发挥他励模式励磁供电稳定的优点，从而对转矩脉动的降低也有帮助，也不失为一种好模式。

当前开关磁阻电机的变流主电路，最典型的为不对称半桥结构的，优点非常明显，在业界获得广泛应用，但该结构的变流主电路，无论作为发电机还是电动机运行，其可控性差，灵活性不足，如果要获得灵活可控的励磁电压或强化电压效果，以及变发电电压等功能，业界往往在不对称半桥结构基础上通过外加电路，来提高其可控性、灵活性，但必然增加了结构、体积、成本、损耗等；并且往往也伴随着磁隔离环节的增加，极大的增加了变流系统的体积重量和成本损耗等。

目前出现的相当多的新型变流主电路不能适应同时有多于一相绕组同时工作的场合，而考虑到电机的综合效率，实际上绝大多数的现有开关磁阻电机的磁极重叠系数都是大于零的，也就是说，根据转子位置信息标准工作时，必然存在多于一相绕组的同时工作工况，尤其是大于或等于四相绕组的开关磁阻电机，多相绕组同时工作，如一相励磁时另一相发电等，则变流器设计中必须考虑到此点，这非常有现实意义。

在开关磁阻电机系统的某些应用领域，譬如汽车发电机、野外无电源地区的发电和电力驱动等等场合，需要根据不同需求，在不同时段分别进行发电和电动运行，那么，一套变流器同时适应发电和电动不同的工况，则势必降低系统成本、减小体积重量，尤其再加之控制模式接近的话，由于控制器无需复杂化，势必具有广泛的前景。

开关磁阻发电机作为变速风力发电机应用时，风电工况复杂，尤其并网或直流微网下运行时，对变流系统的调控能力要求极高，保持输出端发电电压可控，因应特殊工况下灵活可控的励磁电压等等，如果能基于简单的结构和简易的调控来实现，则势必除以上提到的优势外，也能提高变流系统的可靠性。

发明内容