[發明專利]交流磁場控制多相飛輪脈沖發電機系統

有效

• 申請號: 202110592171.8
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113328594B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 寇寶泉;張浩泉;張魯;張赫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K16/04;H02K16/02;H02K7/02;H02K3/28;H02K1/16;H02K3/50;H02P9/30;H02J3/38
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

交流磁場控制多相飛輪脈沖發電機系統，屬于電機領域，本發明為解決解決現有飛輪脈沖發電機組存在的問題。本發明包括多相永磁同步電機、一號m相交流斬波單元、一號m相電抗器組和n相功率變換器，m≥3，n≥3，多相永磁同步電機包括定子和轉子，轉子帶動慣性飛輪同軸旋轉；定子包括定子鐵心和定子繞組，定子繞組包括電動繞組、磁場控制繞組和發電繞組；磁場控制繞組為m相交流繞組，其引出線與一號m相交流斬波單元的交流輸入端相連；一號m相電抗器組星型聯結，其各相引出線與一號m相交流斬波單元的交流輸入端相連；電動繞組為n相交流繞組，其引出線與n相功率變換器的輸出端相連；發電繞組為j相交流繞組，j≥3。

技術領域

發明涉及一種交流磁場控制多相飛輪脈沖發電機系統，屬于電機領域。

背景技術

飛輪脈沖發電機是利用軸系的大慣量存儲能量、同軸電動/發電機實現機電能量轉換的一種飛輪儲能裝置。大容量的飛輪脈沖發電機組以小功率、長時間存儲能量，以大功率、短時間釋放能量，一般用作大容量脈沖電源，可應用于受控核聚變試驗、核爆炸模擬、強流粒子束加速器、高功率脈沖激光器、高功率微波、等離子體和電磁發射技術等領域。

常用飛輪脈沖發電機系統的結構如圖8所示。系統的基本工作原理為：當系統充電時，由外部電網給系統提供能量，經由電力電子器件構成的功率變換器控制并驅動電機，帶動飛輪高速旋轉，達到并保持在恒定高速運行，以動能的方式儲存所需能量，完成從電能到機械能的轉換和能量存儲。當脈沖負載需要供電時，將高速旋轉運行的飛輪當成原動機帶動電機發電運行，經過電力電子變換器輸出適合脈沖負載的電壓與電流，完成能量轉換過程。

傳統的飛輪脈沖發電機組通常采用“電動機-飛輪-發電機”的結構形式。驅動電動機通常采用三相感應電動機，而脈沖發電機通常采用多相隱極同步發電機，電動機與發電機同軸旋轉，慣性飛輪安裝在發電機轉軸上。飛輪和發電機采用剛性聯軸器聯接，電動機和飛輪采用柔性聯接，機組有多個軸承來支撐轉子。

但是，該飛輪脈沖發電機組存在如下缺點：整個機組的軸系長、轉速低，系統的功率密度低、能量密度低、體積重量大；脈沖發電機的轉子上有勵磁繞組，采用多級旋轉整流器勵磁，系統的可靠性低、成本高，不適合用于移動平臺中。

發明內容

本發明目的是為了解決現有飛輪脈沖發電機組存在的問題，提供了交流磁場控制多相飛輪脈沖發電機系統。

本發明所述交流磁場控制多相飛輪脈沖發電機系統，包括多相永磁同步電機、一號m相交流斬波單元、一號m相電抗器組和n相功率變換器，m≥3，n≥3，多相永磁同步電機包括定子和轉子，轉子帶動慣性飛輪同軸旋轉；定子包括定子鐵心和定子繞組，定子繞組包括電動繞組、磁場控制繞組和發電繞組；磁場控制繞組為m相交流繞組，其引出線與一號m相交流斬波單元的交流輸入端相連；一號m相電抗器組星型聯結，其各相引出線與一號m相交流斬波單元的交流輸入端相連；電動繞組為n相交流繞組，其引出線與n相功率變換器的輸出端相連；發電繞組為j相交流繞組，j≥3。

優選地，還包括二號m相交流斬波單元、二號m相電抗器組和一號m相補償電容器組；一號m相補償電容器組每個電容器的一端與磁場控制繞組的一條引出線相連，另一端與二號m相交流斬波單元的一個交流輸入端相連，二號m相電抗器組星型聯結，二號m相電抗器組各相引出線與二號m相交流斬波單元的交流輸入端相連。

優選地，還包括三號n相交流斬波單元、三號n相電抗器組和二號n相補償電容器組；二號n相補償電容器組每個電容器的一端與電動繞組的一條引出線相連，另一端與三號n相交流斬波單元的一個交流輸入端相連，三號n相電抗器組星型聯結，三號n相電抗器組各相引出線與三號n相交流斬波單元的交流輸入端相連。

優選地，三號j相補償電容器組；三號j相補償電容器組每個電容器的一端與發電繞組的一條引出線相連，三號j相補償電容器組每個電容器的另一端與負載相連。

優選地，一號m相交流斬波單元、二號m相交流斬波單元和三號n相交流斬波單元結構相同，包括整流電路、斬波電路和緩沖電路；