[发明专利]交流磁场控制多相飞轮脉冲发电机系统

说明书

交流磁场控制多相飞轮脉冲发电机系统，属于电机领域，本发明为解决解决现有飞轮脉冲发电机组存在的问题。本发明包括多相永磁同步电机、一号m相交流斩波单元、一号m相电抗器组和n相功率变换器，m≥3，n≥3，多相永磁同步电机包括定子和转子，转子带动惯性飞轮同轴旋转；定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组包括电动绕组、磁场控制绕组和发电绕组；磁场控制绕组为m相交流绕组，其引出线与一号m相交流斩波单元的交流输入端相连；一号m相电抗器组星型联结，其各相引出线与一号m相交流斩波单元的交流输入端相连；电动绕组为n相交流绕组，其引出线与n相功率变换器的输出端相连；发电绕组为j相交流绕组，j≥3。

技术领域

发明涉及一种交流磁场控制多相飞轮脉冲发电机系统，属于电机领域。

背景技术

飞轮脉冲发电机是利用轴系的大惯量存储能量、同轴电动/发电机实现机电能量转换的一种飞轮储能装置。大容量的飞轮脉冲发电机组以小功率、长时间存储能量，以大功率、短时间释放能量，一般用作大容量脉冲电源，可应用于受控核聚变试验、核爆炸模拟、强流粒子束加速器、高功率脉冲激光器、高功率微波、等离子体和电磁发射技术等领域。

常用飞轮脉冲发电机系统的结构如图8所示。系统的基本工作原理为：当系统充电时，由外部电网给系统提供能量，经由电力电子器件构成的功率变换器控制并驱动电机，带动飞轮高速旋转，达到并保持在恒定高速运行，以动能的方式储存所需能量，完成从电能到机械能的转换和能量存储。当脉冲负载需要供电时，将高速旋转运行的飞轮当成原动机带动电机发电运行，经过电力电子变换器输出适合脉冲负载的电压与电流，完成能量转换过程。

传统的飞轮脉冲发电机组通常采用“电动机-飞轮-发电机”的结构形式。驱动电动机通常采用三相感应电动机，而脉冲发电机通常采用多相隐极同步发电机，电动机与发电机同轴旋转，惯性飞轮安装在发电机转轴上。飞轮和发电机采用刚性联轴器联接，电动机和飞轮采用柔性联接，机组有多个轴承来支撑转子。

但是，该飞轮脉冲发电机组存在如下缺点：整个机组的轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大；脉冲发电机的转子上有励磁绕组，采用多级旋转整流器励磁，系统的可靠性低、成本高，不适合用于移动平台中。

发明内容

本发明目的是为了解决现有飞轮脉冲发电机组存在的问题，提供了交流磁场控制多相飞轮脉冲发电机系统。

本发明所述交流磁场控制多相飞轮脉冲发电机系统，包括多相永磁同步电机、一号m相交流斩波单元、一号m相电抗器组和n相功率变换器，m≥3，n≥3，多相永磁同步电机包括定子和转子，转子带动惯性飞轮同轴旋转；定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组包括电动绕组、磁场控制绕组和发电绕组；磁场控制绕组为m相交流绕组，其引出线与一号m相交流斩波单元的交流输入端相连；一号m相电抗器组星型联结，其各相引出线与一号m相交流斩波单元的交流输入端相连；电动绕组为n相交流绕组，其引出线与n相功率变换器的输出端相连；发电绕组为j相交流绕组，j≥3。

优选地，还包括二号m相交流斩波单元、二号m相电抗器组和一号m相补偿电容器组；一号m相补偿电容器组每个电容器的一端与磁场控制绕组的一条引出线相连，另一端与二号m相交流斩波单元的一个交流输入端相连，二号m相电抗器组星型联结，二号m相电抗器组各相引出线与二号m相交流斩波单元的交流输入端相连。

优选地，还包括三号n相交流斩波单元、三号n相电抗器组和二号n相补偿电容器组；二号n相补偿电容器组每个电容器的一端与电动绕组的一条引出线相连，另一端与三号n相交流斩波单元的一个交流输入端相连，三号n相电抗器组星型联结，三号n相电抗器组各相引出线与三号n相交流斩波单元的交流输入端相连。

优选地，三号j相补偿电容器组；三号j相补偿电容器组每个电容器的一端与发电绕组的一条引出线相连，三号j相补偿电容器组每个电容器的另一端与负载相连。

优选地，一号m相交流斩波单元、二号m相交流斩波单元和三号n相交流斩波单元结构相同，包括整流电路、斩波电路和缓冲电路；