[發(fā)明專利]一種電勵(lì)磁同步磁阻無刷發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911085755.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN110739891B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李健;王凱;劉闖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P9/14
• 分類號(hào): H02P9/14;H02K29/00;H02K1/22;H02K1/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發(fā)明公開了一種電勵(lì)磁同步磁阻無刷發(fā)電系統(tǒng)，包括電勵(lì)磁同步磁阻無刷電機(jī)、功率變換器、供電電源、不可控整流器、直流電氣負(fù)載或交流電氣負(fù)載；定子上繞有電樞繞組和交流勵(lì)磁繞組；轉(zhuǎn)子的直軸磁阻和交軸磁阻不等；交流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通經(jīng)直軸形成的低磁阻路徑，從而建立氣隙磁場；通過功率變換器控制交流勵(lì)磁繞組的直軸勵(lì)磁電流的大小，實(shí)現(xiàn)氣隙磁場的調(diào)節(jié)和輸出電壓的調(diào)節(jié)；當(dāng)需直流發(fā)電時(shí)，電樞繞組的輸出端通過不可控整流器與直流電氣負(fù)載相連；當(dāng)需交流發(fā)電時(shí)，電樞繞組的輸出端直接與交流電氣負(fù)載相連。本發(fā)明在做發(fā)電機(jī)時(shí)，只需要控制交流勵(lì)磁繞組的功率變換器，而不需全功率可控變換器，大大降低了功率變換器的容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，特別是一種電勵(lì)磁同步磁阻無刷發(fā)電系統(tǒng) 。

背景技術(shù)

永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩/功率密度、高效率和高功率因素等優(yōu)點(diǎn)，已在許多場合得到應(yīng)用。然而，永磁電機(jī)的弱磁是通過控制電樞繞組中的直軸電流分量（-i_d）來實(shí)現(xiàn)，永磁體有著不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，且弱磁能力有限。而且，永磁電機(jī)在應(yīng)用于航空電源等發(fā)電場合時(shí)，需要全功率的可控變換器來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。

開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子既無永磁體也無繞組，結(jié)構(gòu)簡單可靠，適合高溫高速運(yùn)行。但是，開關(guān)磁阻電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行時(shí)也需要全功率的可控變換器來實(shí)現(xiàn)無功勵(lì)磁，功率因數(shù)低。

同步磁阻電機(jī)也具有開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于電動(dòng)汽車等驅(qū)動(dòng)場合。但是，傳統(tǒng)的同步磁阻電機(jī)無勵(lì)磁源，通過凸極效應(yīng)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。因此，這類電機(jī)只能作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

傳統(tǒng)的勵(lì)磁源是直流勵(lì)磁，即在轉(zhuǎn)子或定子上增加直流勵(lì)磁繞組。但是，傳統(tǒng)的同步磁阻電機(jī)，即使在定子上加入直流勵(lì)磁繞組，也無法產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁磁場，也就無法實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁；而在轉(zhuǎn)子上加入直流勵(lì)磁繞組，需要安裝電刷和滑環(huán)才能為直流繞組提供直流電，電樞和滑環(huán)會(huì)不可避免的降低系統(tǒng)可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種電勵(lì)磁同步磁阻無刷發(fā)電系統(tǒng) ，該電勵(lì)磁同步磁阻無刷發(fā)電系統(tǒng)在做發(fā)電機(jī)時(shí)，只需要控制交流勵(lì)磁繞組的功率變換器，而不需要全功率可控變換器，大大降低了功率變換器的容量。另外，本發(fā)明即能進(jìn)行直流發(fā)電運(yùn)行，也能實(shí)現(xiàn)交流發(fā)電運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種電勵(lì)磁同步磁阻無刷發(fā)電系統(tǒng)，包括電勵(lì)磁同步磁阻無刷電機(jī)、功率變換器、供電電源、不可控整流器、直流電氣負(fù)載和/或交流電氣負(fù)載。

電勵(lì)磁同步磁阻無刷電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子。

定子上繞制有電樞繞組和交流勵(lì)磁繞組。電樞繞組和交流勵(lì)磁繞組均為交流繞組，兩者的極對(duì)數(shù)均等于轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)。

交流勵(lì)磁繞組的輸入端通過功率變換器與供電電源相連接。轉(zhuǎn)子的直軸磁阻和交軸磁阻不相等。

交流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁磁場經(jīng)過直軸磁路形成的低磁阻路徑，從而建立氣隙磁場。通過功率變換器控制交流勵(lì)磁繞組的直軸勵(lì)磁電流的大小，實(shí)現(xiàn)氣隙磁場的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電樞繞組輸出端輸出電壓的調(diào)節(jié)。

當(dāng)需直流發(fā)電時(shí)，電樞繞組的輸出端通過不可控整流器與直流電氣負(fù)載相連接。

當(dāng)需交流發(fā)電時(shí)，電樞繞組的輸出端直接與交流電氣負(fù)載相連接。

轉(zhuǎn)子中交軸滯后直軸的機(jī)械角度為360/（4*p）。

轉(zhuǎn)子為凸極轉(zhuǎn)子，直軸為轉(zhuǎn)子凸極的中心線，交軸為凸極轉(zhuǎn)子中兩凸極的中心線。

轉(zhuǎn)子為磁障轉(zhuǎn)子，直軸為兩組磁障的中心線，交軸為磁障的中心線。

磁障轉(zhuǎn)子包括沿轉(zhuǎn)子周向均布布設(shè)的2p個(gè)磁障組，每個(gè)磁障組包括一個(gè)或兩個(gè)以上層疊設(shè)置的磁障。