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专利号: 2019110285325
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.多模态变压开关磁阻发电机变流系统,其特征是,包括:第一电容器、第二电容器、第三电容器、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、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、蓄电池、电感,所述第一电容器正极连接所述第一二极管阳极、所述电感一端,第一二极管阴极连接所述第一开关管阳极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第五二极管阳极、所述第六二极管阴极、所述第七二极管阳极、所述第七开关管阴极、所述第八开关管阴极,第一开关管阴极连接所述第一相绕组一端,第二开关管阴极连接所述第二相绕组一端,第三开关管阴极连接所述第三相绕组一端,第一相绕组另一端连接第二相绕组另一端、第三相绕组另一端、所述第二二极管阴极、所述第三二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第五开关管阳极、所述第六开关管阳极,第三二极管阳极连接第五开关管阴极、所述第四二极管阳极,第六开关管阴极连接第五二极管阴极、第七开关管阳极、所述第二电容器一端、所述蓄电池正极,第七二极管阴极连接第八开关管阳极、所述第八二极管阴极,第四二极管阴极连接第八二极管阳极、所述第三电容器一端、所述第九二极管阴极、所述第九开关管阳极,第一电容器另一端连接第二电容器另一端、第三电容器另一端、第二二极管阳极、第六二极管阳极、第四开关管阴极、蓄电池负极、所述第十二极管阳极、所述第十开关管阴极,第九二极管阳极连接第九开关管阴极、第十二极管阴极、第十开关管阳极、电感另一端。

2.根据权利要求1所述的多模态变压开关磁阻发电机变流系统的调控方法,其特征是,开关磁阻发电机运行中,根据转子位置信息,当第一相绕组需投入工作时,分为如下四种工作控制模式可供选择:第一模式:

步骤一:首先第一开关管和第四开关管闭合,进入励磁阶段,第一电容器侧作为励磁电源经由第一二极管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁;

步骤二:根据转子位置信息,当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时,第四开关管断开,第六开关管和第七开关管闭合,进入续流阶段,第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无电压续流,该步骤根据需要为可选步骤;

步骤三:根据转子位置信息,当发电阶段需开始时,第五开关管闭合,第六开关管为PWM工作模式,第四开关管、第七开关管为断开状态,进入发电阶段,第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出,同时,也经第一二极管、第一开关管、第六开关管向蓄电池充电,调节第六开关管PWM占空比以适应蓄电池最佳的充电需求;

步骤四:根据转子位置信息,发电阶段需结束时,关断第一开关管、第五开关管、第六开关管,第一相绕组工作结束;

第二模式:蓄电池电量高于下限值,并且其电压高于第一电容器两侧电压时;

步骤一:首先闭合第一开关管、第四开关管、第七开关管,进入励磁阶段,蓄电池作为励磁电源经由第七开关管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁;

步骤二:根据转子位置信息,当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时,断开第四开关管,闭合第六开关管,进入续流阶段,第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流,该步骤根据需要为可选步骤;

步骤三:根据转子位置信息,当发电阶段需开始时,第五开关管闭合,第四开关管、第六开关管和第七开关管为断开状态,进入发电阶段,第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出;

步骤四:根据转子位置信息,发电阶段结束时,关断第一开关管、第五开关管,第一相绕组工作结束;

第三模式:直接自励模式;

步骤一:首先闭合第一开关管、第四开关管、第八开关管,进入励磁阶段,由发电输出端即第三电容器侧直接反向作为励磁电源,经由第八二极管、第八开关管、第一开关管、第四开关管向第一相绕组供电励磁;

步骤二:根据转子位置信息,当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时,断开第四开关管和第八开关管,闭合第六开关管和第七开关管,进入续流阶段,第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流,该步骤根据需要为可选步骤;

步骤三:根据转子位置信息,当发电阶段需开始时,本步骤分为两种情况可供选择:

1、闭合第五开关管,第四开关管、第六开关管、第八开关管为断开状态,第七开关管采用PW模式,其占空比最大为1,最小为0,进入发电阶段,其中当第七开关管为闭合状态时,第一相绕组与蓄电池串联一起经由第七开关管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出,当第七开关管为断开状态时,第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出,调节第七开关管PWM占空比即可调节第三电容器侧所获输出平均电压值;

2、当此时蓄电池电量低于下限值时,选择本情况,闭合第五开关管,第四开关管、第七开关管、第八开关管为断开状态,第六开关管采用PWM模式,进入发电阶段,其中当第六开关管为闭合状态时,第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第六开关管向蓄电池发电输出充电,但当蓄电池电压高于发电输出侧即第三电容器两侧电压时,发电输出回路转向经由第五开关管向第三电容器侧发电输出,当第六开关管为断开状态时,第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出,通过调节第六开关管的PWM占空比,即可调节向蓄电池充电的平均电压,以适应其要求,当检测到蓄电池电量高于上限值时,该发电阶段的第六开关管PWM占空比为0;

步骤四:根据转子位置信息,发电阶段结束时,关断第一开关管、第五开关管、第六开关管,第一相绕组工作结束;

第四模式:该模式的采用条件为蓄电池电压大于发电输出侧电压时可选;

步骤一:首先闭合第一开关管、第五开关管、第七开关管,进入励磁阶段,蓄电池X作为励磁电源,经由第七开关管、第一开关管、第五开关管、第四二极管、第三电容器向第一相绕组供电励磁;

步骤二:根据转子位置信息,当励磁阶段需结束并且需要进入续流阶段时,断开第五开关管,闭合第六开关管,进入续流阶段,第一相绕组经由第六开关管、第七开关管、第一开关管进行无压续流,该步骤根据需要为可选步骤;

步骤三:根据转子位置信息,当发电阶段需开始时,断开第七开关管,第五开关管为闭合状态,第六开关管为断开状态,进入发电阶段,第一相绕组与第一电容器串联一起经由第一二极管、第一开关管、第五开关管、第四二极管向第三电容器侧充电并发电输出;

步骤四:根据转子位置信息,发电阶段结束时,关断第一开关管、第五开关管,第一相绕组工作结束;

以上为第一相绕组工作时的四种工作模式,根据转子位置信息,当第二相绕组、第三相绕组需投入工作时,第二开关管、第三开关管分别对应第一开关管,除此以外,第二相绕组、第三相绕组的工作模式与第一相绕组工作模式相同,除第二开关管、第三开关管代替第一开关管外其余所需器件公用;

以上各模式下,当第一电容器侧作为励磁电源向相绕组供电励磁,或发电阶段作为发电回路的一部分时,第九开关管按照PWM模式工作,吸收发电输出侧即第三电容器侧的电能,反馈经第九开关管的控制输出给第一电容器侧作为各相绕组励磁电源或发电回路的一部分,通过调节第九开关管的PWM占空比,调节其输出给第一电容器侧的电压;

当蓄电池电量低于下限值,但其两端电压仍然大于第一电容器两侧电压,同时小于发电输出端第三电容器两侧电压,并在不影响开关磁阻发电机变流系统正常的励磁、发电等如上相关工作模式下,第三电容器侧的发电输出端反向向蓄电池充电,途经第八二极管、第八开关管、第五二极管,第八开关管按照PWM模式工作,其占空比可调,以满足蓄电池对充电电压和电流的最佳要求;当蓄电池电量高于上限值或蓄电池两端电压不小于第三电容器两侧电压时,第八开关管完全断开,停止充电工作;

在以上的各个模式下工作中,当因第一电容器侧故障无电压或者第九开关管故障无法正常工作时,各相绕组的发电阶段途经第一电容器和第一二极管的发电回路将自然变流为流经第六二极管、第一开关管的模式进行;

当发电输出侧因负载过大电压骤降的极端情况出现时,可有效利用第一电容器的储能,第九开关管断开,第十开关管按照PWM模式工作,向发电输出侧提供电能,通过调节第十开关管的占空比调节输出到第三电容器侧的电压,以适应需求。