[發明專利]具有勵磁功能的三相四橋臂矩陣式變換器

有效

• 申請號: 200810243078.0
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN101420181A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 姜田貴;周波;史明明;毛怡然
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M5/22
• 分類號: H02M5/22;H02M7/12;H02P9/00;H02P9/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

技術領域

本發明涉及一種發電系統，特別涉及一種運用三相四橋臂矩陣式變換器的混合勵磁同步電機發電系統，屬于功率變換器領域。

背景技術

交流電機是實現電能與機械能轉換的電機。工農業及日常生活所用的電能一般均為同步發電機供給，同步電機發電運行時，電機輸出電壓與電機磁場相關，通過調節勵磁磁場，可以實現對電機輸出電壓的控制。電勵磁同步電機中，除電樞繞組外，還附有一套勵磁繞組。調節勵磁繞組中流過的勵磁電流即可方便地調節勵磁磁場，從而實現對電機輸出電壓的控制。該類電機勵磁可控，具有良好的調節特性，滅磁簡單，提高了系統運行的可靠性。此外，將電勵磁與永磁勵磁相結合構成新型混合勵磁同步電機，兼具電勵磁電機勵磁可控的優點與永磁電機高效率的優點，具有廣闊的應用領域及良好的應用前景。

同步電機輸出電能通常需要經過頻率和電壓的變換后在提供給特定的負載。交流電力變換器通常可分為交-直-交型和交-交型兩種形式。交-直-交型電力變頻裝置因其具有良好的變頻性能，得到了廣泛應用。但是，它存在輸入側功率因素低、對電網諧波污染嚴重、能量難以實現雙向流動等問題。矩陣變換器是一種能夠實現從m相輸入直接變換到n相輸出的電力變換裝置，能夠實現AC-AC、AC-DC等多種變換。與傳統的交-直-交型電力變換裝置相比，矩陣式變換器具有輸入功率因素高、輸入電流波形好、能量可雙向流動、可實現四象限運行、無中間直流儲能環節、電路結構緊湊、體積小等優點。因此，矩陣式變換器是交流電機實現電力變換的優選方案之一。

交流同步電機勵磁方式有多種選擇，如自勵，他勵等。目前，大多數交流同步電機控制系統設計時將勵磁繞組調節電路與主功率變換電路分離開來獨立設計，這樣不但增加了系統的體積、重量，同時增加了系統的復雜性及成本，降低了系統可靠性。

發明內容

本發明為了設計一種結合功率變換器與勵磁電路一體化的電路而提出一種混合勵磁同步電機的發電系統。

一種混合勵磁同步電機的發電系統，包括混合勵磁同步電機、三相四橋臂矩陣式變換器和箝位保護電路，其中：混合勵磁同步電機的三相輸出端分別連接三相四橋臂矩陣式變換器的三相輸入端和箝位保護電路的三相輸入端，三相四橋臂矩陣式變換器的第一至第三橋臂輸出端既分別連接箝位保護電路的三相輸出端，又分別連接三相電網絡或三相負載，三相四橋臂矩陣式變換器的第四橋臂輸出端連接混合勵磁同步電機的勵磁繞組的輸入端，混合勵磁同步電機的勵磁繞組的輸出端連接并聯在箝位保護電路母線間的雙向選通開關的固定端。

本發明是利用三相四橋臂矩陣式變換器輸出四橋臂中的三相實現三相輸入交流電交-交電力變換，利用第四橋臂實現電機勵磁繞組勵磁電流的調節，不僅具有傳統三相交-交矩陣變換器的優點，同時能夠實現電機勵磁控制。功率變換電路及勵磁電路一體化使系統設計得到簡化，結構緊湊有利于系統集成。勵磁回路工作時只有一個功率開關管及一個功率二極管處于導通狀態，可以降低系統的勵磁損耗，提高系統效率。

附圖說明

圖1是本發明的電路結構拓撲圖，圖中標號名稱：1、混合勵磁同步電機，2、三相四橋臂矩陣式變換器，3、箝位保護電路。

圖2是本發明選通開關接箝位保護電路正極性直流母線調制周期勵磁回路工作狀態圖：(a)開關S_af開通時勵磁回路工作狀態圖；(b)開關S_bf開通時勵磁回路工作狀態圖；(c)開關S_cf開通時勵磁回路工作狀態圖。

圖3是本發明選通開關接箝位保護電路負極性直流母線調制周期勵磁回路工作狀態圖：(a)開關S_af開通時勵磁回路工作狀態圖；(b)開關S_bf開通時勵磁回路工作狀態圖；(c)開關S_cf開通時勵磁回路工作狀態圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種混合勵磁同步電機的發電系統，包括混合勵磁同步電機1、三相四橋臂矩陣式變換器2和箝位保護電路3，其中：混合勵磁同步電機1的三相輸出端分別連接三相四橋臂矩陣式變換器2的三相輸入端和箝位保護電路3的三相輸入端，三相四橋臂矩陣式變換器2的第一至第三橋臂輸出端既分別連接箝位保護電路3的三相輸出端，又分別連接三相電網絡或三相負載，三相四橋臂矩陣式變換器2的第四橋臂輸出端連接混合勵磁同步電機1的勵磁繞組的輸入端，混合勵磁同步電機1的勵磁繞組的輸出端連接并聯在箝位保護電路3母線間的雙向選通開關S的固定端。