[發(fā)明專利]一種復(fù)合式無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310624350.0
• 申請(qǐng)日: 2013-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103684127A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張卓然;于立;嚴(yán)仰光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P6/08
• 分類號(hào): H02P6/08;H02P9/30
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，尤其涉及一種復(fù)合式無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，屬于起動(dòng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，適合高速運(yùn)行，提高電機(jī)功率密度，做發(fā)電運(yùn)行時(shí)，不需要位置傳感器，控制靈活方便。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)無(wú)論是電動(dòng)還是發(fā)電運(yùn)行需要獨(dú)立直流勵(lì)磁源，設(shè)置勵(lì)磁機(jī)可以解決其可靠勵(lì)磁問(wèn)題。

起動(dòng)發(fā)電一體化可以減小系統(tǒng)體積，使結(jié)構(gòu)緊湊，特別是在汽車、飛機(jī)上的獨(dú)立電源系統(tǒng)領(lǐng)域。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)作為起動(dòng)發(fā)電機(jī)一體化運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，并且起動(dòng)電流大，以提供較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)造成較大的線路損耗及線路壓降，影響接在同一母線上部分直流負(fù)載的正常運(yùn)行；另一方面，起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速低，起動(dòng)電源電壓通常為低壓，而發(fā)電時(shí)為了提高發(fā)電系統(tǒng)效率，發(fā)電輸出電壓通常為高壓，因此導(dǎo)致起動(dòng)電源電壓與發(fā)電輸出電壓之間的不平衡。

永磁電機(jī)功率密度高，做電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，輸出轉(zhuǎn)矩高，并且可以采用無(wú)位置傳感器控制策略，而發(fā)電運(yùn)行時(shí)，由于無(wú)法調(diào)節(jié)永磁磁勢(shì)，需要功率變換單元，調(diào)節(jié)輸出功率,并且發(fā)電輸出電壓高，使功率開(kāi)關(guān)管成本高，作為起動(dòng)發(fā)電一體化設(shè)計(jì)時(shí)，同樣面臨起動(dòng)電源電壓與發(fā)電輸出電壓之間不平衡的問(wèn)題。

目前起動(dòng)發(fā)電技術(shù)方案主要應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車起動(dòng)發(fā)電一體化（ISG）技術(shù)方面，并且采用永磁電機(jī)作為起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的方案較多，例如發(fā)明專利CN101814814A公開(kāi)了一種起動(dòng)發(fā)電機(jī)，該起動(dòng)發(fā)電機(jī)為永磁外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的霍爾位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子內(nèi)周面磁場(chǎng)，從而檢測(cè)出轉(zhuǎn)子位置，該發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，檢測(cè)精度高。然而，由于無(wú)法調(diào)節(jié)永磁勵(lì)磁磁勢(shì)，發(fā)電時(shí)需要外部功率變換單元，可靠性低，成本高，永磁電機(jī)發(fā)電運(yùn)行為大功率負(fù)載提供能量，使永磁體用量較多，同樣提高了成本。飛機(jī)無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)得到成功應(yīng)用，例如美國(guó)專利US005489810A公開(kāi)了一種開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電機(jī)方案，該起動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)圓與定子外圓安裝冷卻套管，采用空心電樞導(dǎo)線，該開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電機(jī)適應(yīng)高溫高速環(huán)境下運(yùn)行，從而提高功率密度，然而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電過(guò)程需要位置傳感器以及全功率變換器，降低了系統(tǒng)可靠性，起動(dòng)時(shí)相電流非正弦，電流尖峰大，導(dǎo)致起動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，噪音大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的起動(dòng)電源電壓與發(fā)電輸出電壓之間不平衡的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，成本低、控制靈活的復(fù)合式無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制方法。

本發(fā)明的復(fù)合式無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，包括：無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)、橋式不控整流電路、切換開(kāi)關(guān)、雙向橋式功率變換電路、不對(duì)稱半橋電路、檢測(cè)單元、蓄電池、起動(dòng)切換控制單元以及發(fā)電控制單元；所述無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子同軸連接的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)和永磁電機(jī)；電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)電樞繞組輸出端與橋式不控整流電路的橋臂中點(diǎn)連接，橋式不控整流電路的輸出端構(gòu)成復(fù)合式無(wú)刷起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)電輸出端；永磁電機(jī)電樞繞組與雙向橋式功率變換電路的橋臂中點(diǎn)連接；雙向橋式功率變換電路的負(fù)輸出端與不對(duì)稱半橋電路的一個(gè)輸出端、蓄電池的負(fù)極共同連接；所述切換開(kāi)關(guān)包括靜觸點(diǎn)和第一動(dòng)觸點(diǎn)、第二動(dòng)觸點(diǎn)，靜觸點(diǎn)與雙向橋式功率變換電路的正輸出端連接，第一動(dòng)觸點(diǎn)與蓄電池的正極連接，第二動(dòng)觸點(diǎn)與不對(duì)稱半橋電路的另一個(gè)輸出端連接；不對(duì)稱半橋電路的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)分別與電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的勵(lì)磁繞組兩端連接；所述起動(dòng)切換控制單元分別與雙向橋式功率變換電路的控制端、切換開(kāi)關(guān)的控制端連接；所述發(fā)電控制單元與不對(duì)稱半橋電路的控制端連接；所述檢測(cè)單元用于對(duì)永磁電機(jī)電樞繞組相電流及電壓、電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁電流、復(fù)合式無(wú)刷起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電輸出端的輸出電流及電壓進(jìn)行檢測(cè)，并將永磁電機(jī)電樞繞組相電流及電壓的檢測(cè)信息傳輸至起動(dòng)切換控制單元，將電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)勵(lì)磁電流、復(fù)合式無(wú)刷起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電輸出端的輸出電流及電壓的檢測(cè)信息傳輸至發(fā)電控制單元。

優(yōu)選地，所述雙向橋式功率變換電路為直流輸出端帶有濾波電容的雙向橋式功率變換電路。

優(yōu)選地，所述橋式不控整流電路為輸出端帶有濾波電容的橋式不控整流電路。

進(jìn)一步地，永磁電機(jī)電樞繞組與雙向橋式功率變換電路的橋臂中點(diǎn)通過(guò)一可控開(kāi)關(guān)裝置連接，該可控開(kāi)關(guān)裝置的控制端分別與起動(dòng)切換控制單元、發(fā)電控制單元連接。該可控開(kāi)關(guān)裝置在起動(dòng)過(guò)程及發(fā)電過(guò)程中始終閉合，僅當(dāng)起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)由起動(dòng)切換控制單元或發(fā)電控制單元控制其斷開(kāi)，從而可提高系統(tǒng)的安全性。

所述永磁電機(jī)可以采用轉(zhuǎn)子永磁型永磁電機(jī)或定子永磁型永磁電機(jī)。