一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機的製作方法
2023-06-10 12:43:01 1
專利名稱：一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電機技術領域，具體涉及一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機。
背景技術：
電動機是將電能轉化為機械能的裝置，根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機，開關磁阻電動機(SRM)即為一種採用直流供電的新型電動機。開關磁阻電動機系雙凸極可變磁阻電動機，其定、轉子的凸極均由普通矽鋼片疊壓而成，轉子上既無繞組也無永磁體，定子凸極上繞有繞組。SRM可以設計成多種不同相數結構，且定、轉子的極數有多種不同的搭配。圖I所示了四相8/6結構SRM及其功率變換器連接示意圖，圖中只畫出A相繞組及其供電電路。SRM的運行遵循「磁阻最小原理」，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，使轉子鐵心在移動到磁阻最小位置時，轉子的主軸線與磁場的軸線重合。如圖I所示，當標有1-1』的轉子極對的中心線和A-A』相定子極對的中心線重合時，轉子極對1-1』處於磁阻最小位置，此時A相繞組電感是最大的。當給B-B』相通電時，轉子極對2-2』根據「磁阻最小原理」就會產生逆時針方向的轉矩，依次給A-B-C-D相繞組通電，SRM就可以實現逆時針方向轉動；同理，如果依次給A-D-C-B相繞組通電，那麼SRM就可以實現順時針方向轉動。由此可見，SRM的轉向取決於相繞組通電的順序，而與相繞組的電流方向無關。目前，利用新能源供電的電動機系統包括新能源電池、蓄電池和電動機，這三者之間的功率轉換應用越來越頻繁，因此實現功率的轉換便需要相應的功率變換器，然而目前對於這三者之間的功率轉換需要多個功率變換器，例如新能源電池-電動機的功率變換器，新能源電池-蓄電池的功率變換器以及蓄電池-電動機的功率變換器。一種現有以光伏電池作為輸入電源的帶蓄電池可調度式電動機如圖2所示，光伏電池或蓄電池通過三相逆變器給電動機供電，光伏電池再通過一個直流變換器給蓄電池充電。在上述系統中需要一個光伏電池給蓄電池充電的直流變換器，同時還需要一個三相逆變器，整個系統需要兩套功率變換器以及數量眾多的開關管，成本比較高，開關損耗比較大，總的轉換效率也不是很高，三相逆變器中存在同一個支路中上下兩個開關管直通的故障問題；另外，蓄電池無法實現光伏電池輸出功率與電機輸出功率的解耦。
發明內容針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本實用新型提供了一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，只需通過一套功率變換器即能實現新能源電池、能量存儲器和電機三者之間的能量轉換，且能實現新能源電池輸出功率與電機輸出功率的解耦。一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻二極體、一電感、兩個主續流二極體、兩個主開關管和n個繞制於定子凸極上的繞組，n為開關磁阻電動機的相數；其中所述的新能源電池的正極與逆阻二極體的陽極相連，逆阻二極體的陰極與電感的一端相連，電感的另一端與第二主開關管的漏極和第二主續流二極體的陽極相連，第二主續流二極體的陰極與能量存儲器的正極和第一主開關管的漏極相連，主開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號；所述的繞組的一端與第一主開關管的源極和第一主續流二極體的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關管和子續流二極體；所述的子續流二極體的陽極與子開關管的漏極和繞組的另一端相連，子續流二極體的陰極與第二主續流二極體的陰極相連，子開關管的源極與第一主續流二極體的陽極、新能源電池的負極、第二主開關管的源極和能量存儲器的負極相連，子開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號。新能源電池是一種直接把可再生能源(如太陽能、風能、生物質能、地熱能等)轉化成電能的裝置，優選地，所述的新能源電池為光伏電池；相對於其他新能源電池，其不受環境限制，使用方便。優選地，所述的逆阻二極體的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負極相連；能夠實現新能源電池輸出功率的解耦，可以讓後級電路減少對新能源電池工作點的影響。能量存儲器是一種用於存儲電能的裝置(如蓄電池、超級電容等)，優選地，所述的能量存儲器為蓄電池；其具有較高的能量存儲密度，且價格便宜，具有普適性。所述的第一主開關管和子開關管均採用NMOS管。優選地，所述的第二主開關管採用IGBT ;可提高器件的集成性。本實用新型的工作原理為當第二開關閉合時，新能源電池輸出的電能通過逆阻二極體、電感和第二主開關管給電感儲能；當第二開關關斷時，新能源電池和電感同時給能量存儲器充電。能量存儲器根據輸出功率的需求給開關磁阻電動機供電，實現了新能源電池與輸出功率之間的解耦。本實用新型通過一套功率變換器可以實現新能源電池、能量存儲器和電機之間的能量轉換，新能源電池在給電機供電的同時亦能給能量存儲器充電；同時本實用新型通過對能量存儲器充電能量的控制能夠實現新能源電池輸出功率與電機輸出功率的解耦；另外本實用新型功率變換器中開關器件少，能夠提高系統整體的能量轉換效率，且開關器件之間無傳統逆變器上下直通的危險隱患。
圖I為開關磁阻電動機的電路結構示意圖。圖2為現有以光伏電池供電帶蓄電池可調度式電動機的電路結構示意圖。圖3為本實用新型開關磁阻電動機的電路結構示意圖。圖4(a)為蓄電池向繞組供電的原理示意圖。圖4(b)為開關管磁阻電機續流迴路的原理示意圖。圖4(c)為開關管磁阻電機能量回饋的原理示意圖。圖4(d)為開關管磁阻電機另一條續流迴路的原理不意圖。
具體實施方式
為了更為具體地描述本實用新型，
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型的技術方案及其相關原理進行詳細說明。如圖3所示，一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，包括一光伏電池、一蓄電池、一逆阻二極體、一電感、一電容、兩個主續流二極體、兩個主開關管、三個子開關管、三個子續流二極體和三個繞制於定子凸極上的繞組；其中光伏電池的正極與逆阻二極體Dpv的陽極相連，逆阻二極體Dpv的陰極與電容C的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端與主開關管Q2的漏極和主續流二極體De的陽極相連，主續流二極體De的陰極與蓄電池E的正極和主開關管Q1的漏極相連，主開關管Q1I2的柵極均接收外部設備提供的開關信號；繞組La的一端與主開關管Q1的源極和主續流二極體Dtl的陰極相連；繞組La的另一端與子續流二極體D1的陽極和子開關管S1的漏極相連，子續流二極體D1的陰極與蓄電池E的正極相連，子開關管S1的源極與主續流二極體Dtl的陽極、蓄電池E的負極、電容C的 另一端、主開關管Q2的源極和光伏電池的負極相連，子開關管S1的柵極接收外部設備提供的開關信號。繞組Lb的一端與主開關管Q1的源極和主續流二極體Dtl的陰極相連；繞組Lb的另一端與子續流二極體D2的陽極和子開關管S2的漏極相連，子續流二極體D2的陰極與蓄電池E的正極相連，子開關管S2的源極與主續流二極體Dtl的陽極、蓄電池E的負極、電容C的另一端、主開關管Q2的源極和光伏電池的負極相連，子開關管S2的柵極接收外部設備提供的開關信號。繞組L。的一端與主開關管Q1的源極和主續流二極體Dtl的陰極相連；繞組L。的另一端與子續流二極體D3的陽極和子開關管S3的漏極相連，子續流二極體D3的陰極與蓄電池E的正極相連，子開關管S3的源極與主續流二極體Dtl的陽極、蓄電池E的負極、電容C的另一端、主開關管Q2的源極和光伏電池的負極相連，子開關管S3的柵極接收外部設備提供的開關信號。本實施方式中，主開關管Q1和子開關管S11^S3均米用NMOS管；主開關管Q2米用IGBT。本實施方式的工作模式分為兩種光伏電池向蓄電池輸送能量同時蓄電池向電機輸送能量、蓄電池單獨向電機輸送能量。光伏電池向蓄電池輸送能量同時蓄電池向電機輸送能量模式中，Q1反覆開關動作，將光伏電池的能量傳遞給蓄電池。蓄電池根據電機輸出功率需要提供能量從而實現光伏電池與電機輸出功率的解耦。蓄電池單獨向電機輸送能量時，Q2斷開，Q1反覆開關動作，然後通過控制Sp S2和S3的導通角度來實現電機的轉動。以匕為例當Q1和S1開通時如圖4(a)所示，蓄電池E給La提供能量，LJf其部分能量轉換為機械能；當Q1和S1關斷時，工作狀態如圖4(c)所示，La中的剩餘能量回饋給蓄電池E。當Q1關斷,S1導通,La中的電流通過LaJ1和Dci構成自然續流迴路如圖4(b)所示。當Q1導通，SI關斷，La中的電流通過La、Q1和D1構成自然續流迴路如圖4(d)所示。
權利要求1.一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，其特徵在於，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻二極體、一電感、兩個主續流二極體、兩個主開關管和η個繞制於定子凸極上的繞組，η為開關磁阻電動機的相數；其中所述的新能源電池的正極與逆阻二極體的陽極相連，逆阻二極體的陰極與電感的一端相連，電感的另一端與第二主開關管的漏極和第二主續流二極體的陽極相連，第二主續流二極體的陰極與能量存儲器的正極和第一主開關管的漏極相連，主開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號； 所述的繞組的一端與第一主開關管的源極和第一主續流二極體的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關管和子續流二極體； 所述的子續流二極體的陽極與子開關管的漏極和繞組的另一端相連，子續流二極體的陰極與第二主續流二極體的陰極相連，子開關管的源極與第一主續流二極體的陽極、新能源電池的負極、第二主開關管的源極和能量存儲器的負極相連，子開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號。
2.根據權利要求I所述的基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，其特徵在於所述的新能源電池為光伏電池。
3.根據權利要求I所述的基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，其特徵在於所述的逆阻二極體的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負極相連。
4.根據權利要求I所述的基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，其特徵在於所述的能量存儲器為蓄電池。
5.根據權利要求I所述的基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，其特徵在於所述的第一主開關管和子開關管均採用NMOS管。
6.根據權利要求I所述的基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，其特徵在於所述的第二主開關管採用IGBT。
專利摘要本實用新型公開了一種基於輸出功率解耦的新能源開關磁阻電動機，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻二極體、一電感、兩個主續流二極體、兩個主開關管和n個繞制於定子凸極上的繞組；繞組的一端與第一主開關管的源極和第一主續流二極體的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關管和子續流二極體。本實用新型通過一套功率變換器可以實現新能源電池、能量存儲器和電機之間的能量轉換，新能源電池在給電機供電的同時亦能給能量存儲器充電；同時本實用新型通過對能量存儲器充電能量的控制能夠實現新能源電池輸出功率與電機輸出功率的解耦；另外本實用新型功率變換器中開關器件少，能夠提高系統整體的能量轉換效率。
文檔編號H02K29/00GK202565136SQ20122021085
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者胡義華, 鄧焰, 谷葉, 李林珏, 呂曉東 申請人:杭州浙陽電氣有限公司