專利名稱：電容儲能型雙向變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的電容儲能型雙向變換器屬電子功率變換器。
目前國內(nèi)外已在使用的起動發(fā)電機(jī)主要有兩種第一種是在直流發(fā)電機(jī)構(gòu)成的直流發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的有刷直流起動發(fā)電機(jī)，它是最早得到應(yīng)用的起動發(fā)電機(jī)。這種起動發(fā)電機(jī)起動、發(fā)電性能良好，控制較簡單，但下列因素使其進(jìn)一步發(fā)展受到了很大的限制(1)直流電機(jī)存在電刷和換向器，維護(hù)復(fù)雜，使用壽命短，可靠性差；(2)電刷和換向器限制了電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，一般直流發(fā)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速不超過10000轉(zhuǎn)/分，使電機(jī)容量不可能進(jìn)一步加大；(3)電刷和換向器制造工藝要求高，成本高。第二種是在變速恒頻(VSCF)交流電源基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的起動發(fā)電機(jī)，其特點(diǎn)是功率變換器(采用橋式逆變器)輸入、輸出端增加了一對轉(zhuǎn)換接觸器，完成起動、發(fā)電的轉(zhuǎn)換。起動時，兩個轉(zhuǎn)換接觸器觸點(diǎn)下移，同時負(fù)載端接交流電源，經(jīng)整流逆變成變頻交流電送到電機(jī)，這時電機(jī)作為無刷直流電動機(jī)運(yùn)行。發(fā)電時，左右轉(zhuǎn)換接觸器均上移，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的變頻交流電經(jīng)整流橋轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，由逆變器變換為恒頻交流電，然后經(jīng)交流濾波器輸出到匯流條，為用電設(shè)備供電。還有一種是由同步電機(jī)與功率變換器構(gòu)成的無刷直流起動發(fā)電機(jī)，它是由無刷直流發(fā)電機(jī)發(fā)展過來的。起動時，功率變換器作逆變器工作，將直流電逆變成變頻交流電送到電機(jī)，電機(jī)作無刷直流電動機(jī)運(yùn)行。發(fā)電時，若發(fā)電機(jī)采用電勵磁同步電機(jī)，六個開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，變換器作為整流器工作，將變頻交流電變換為直流電，輸出直流電壓通過控制勵磁進(jìn)行調(diào)節(jié)。若采用永磁電機(jī)，變換器作三相升壓器工作，將變頻交流電變?yōu)榉弦蟮闹绷麟妷骸?br> 上述變速恒頻電源起動發(fā)電機(jī)和無刷直流起動發(fā)電機(jī)均使用橋式逆變器作為雙向功率變換器，這種變換器的優(yōu)點(diǎn)是控制技術(shù)較成熟，但橋式逆變器存在下列問題(1)所用功率管較多，n相電機(jī)需2n個功率管，成本高；(2)存在橋臂直通的可能性，使可靠性降低。
97年美國學(xué)者R.Krishnan提出了永磁無刷直流電機(jī)新的功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電容儲能型(c-dump)電路。該電路與橋式逆變器比較，優(yōu)點(diǎn)是(1)減少了所需功率管個數(shù)，n相電機(jī)c-dump電路所需功率管為n+1個；(2)無直通現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的可靠性。但c-dump電路直接作為雙向變換器存在兩個問題(1)發(fā)電時能量大部分在電機(jī)和功率電路之間循環(huán)，難以有效地將能量傳輸給負(fù)載；(2)發(fā)電時二極管半波整流工作，電機(jī)利用率低。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，利用率高，可用于與同步電機(jī)構(gòu)成無刷直流起動發(fā)電機(jī)的新型雙向功率變換器。
本發(fā)明的電容儲能型雙向變換器采用前后級串聯(lián)工作的變換器結(jié)構(gòu)，前級變換器由功率管、二極管和電容構(gòu)成全波升壓式變換器，其作用是將直流電源能量傳輸給電機(jī)，使電機(jī)處于電動狀態(tài)，起動發(fā)動機(jī)；后級變換器由功率管、二極管、電感、電容構(gòu)成降壓式變換器，其作用是將主開關(guān)關(guān)斷時繞組電感磁能和制動時電機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蠡仞侂娫?。一旦發(fā)動機(jī)起動結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)。
本發(fā)明的電容儲能型雙向變換器具有如下優(yōu)點(diǎn)1.用于與同步電機(jī)構(gòu)成無刷直流起動發(fā)電機(jī)，可使發(fā)電機(jī)從單一發(fā)電型發(fā)展為起動、發(fā)電雙功能型，使發(fā)動機(jī)省去傳統(tǒng)的起動機(jī)，減少了重量，提高了可靠性。
2.可與任何同步電機(jī)構(gòu)成無刷直流起動發(fā)電機(jī)。與有刷直流起動發(fā)電機(jī)比較具有可靠性高、維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)；與采用橋式逆變器的變速恒頻電源起動發(fā)電機(jī)和其它無刷直流起動發(fā)電機(jī)比較具有電路簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
3.適合于飛機(jī)、艦船和車輛等發(fā)電系統(tǒng)中使用。
附

圖1為本發(fā)明電容儲能型雙向變換器的電路原理圖。
圖中，A、B、C為同步電機(jī)三相繞組，V0為直流電源，RL為負(fù)載電阻，S1和S2為起動/發(fā)電轉(zhuǎn)換開關(guān)。前級變換器由Ta、Tb、Tc、Da1、Db1、Dc1、Da2、Db2、Dc2及Co構(gòu)成三相全波升壓式變換器，即將三個功率管Ta、Tb、Tc分別與同步電機(jī)A、B、C三相繞組串聯(lián)，三個二極管Da1、Db1、Dc1的正極分別與功率管Ta、Tb、Tc的漏極相連，三個二極管的負(fù)極均與電容Co的正極相連，電容Co的負(fù)極連于功率管Ta、Tb、Tc的源極。三相全波升壓式變換器特點(diǎn)是在三個功率管Ta、Tb、Tc的漏極與源極之間分別并聯(lián)二極管Da2、Db2、Dc2。后級變換器由Tr、Dr、Lr和Cd構(gòu)成降壓式變換器，其中功率管Tr的漏極連于電容Co的正極，源極連于二極管Dr負(fù)極。由電感Lr和電容Cd構(gòu)成的濾波電路并聯(lián)于直流母線兩端。另外，負(fù)載RL和直流電源Vo通過轉(zhuǎn)換開關(guān)S2分別并聯(lián)于濾波電容Cd兩端。
起動工作時，開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2接至直流電源Vo，起動/發(fā)電機(jī)采用無刷直流電動機(jī)工作方式。前級變換器將直流電源能量傳輸給電機(jī)，使電機(jī)處于電動狀態(tài)，起動發(fā)動機(jī)；后級變換器將主開關(guān)關(guān)斷時繞組電感磁能和制動時電機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蠡仞侂娫?。一旦發(fā)動機(jī)起動結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，這時開關(guān)S1斷開，開關(guān)S2接至負(fù)載RL，起動/發(fā)電機(jī)作為無刷直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)輸出電壓及頻率均隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化的三相交流電壓，然后由前級變換器升壓變換為直流電壓，最后由后級變換器調(diào)整為符合要求的輸出電壓。
權(quán)利要求
1.一種電容儲能型雙向變換器，采用前后級串聯(lián)工作的變換器結(jié)構(gòu)，前級變換器由功率管Ta、Tb、Tc，二極管Da1、Db1、Dc1Da2、Db2、Dc2及電容Co構(gòu)成三相全波升壓式變換器，即將三個功率管Ta、Tb、Tc分別與同步電機(jī)A、B、C三相繞組串聯(lián)，三個二極管Da1、Db1、Dc1的正極分別與功率管Ta、Tb、Tc的漏極相連接，三個二極管的負(fù)極均與電容Co的正極相連，電容Co的負(fù)極連于功率管Ta、Tb、Tc的源極；后級變換器由Tr、Dr、Lr和Cd構(gòu)成降壓式變換器，其中功率管Tr的漏極連于電容Co的正極，源極連于二極管Dr負(fù)極，其特征在于前級變換器中的三個功率管Ta、Tb、Tc的漏極與源極之間分別并聯(lián)了二極管Da2、Db2、Dc2；后級變換器中由電感Lr和電容Cd構(gòu)成的濾波電路通過開關(guān)S1與電機(jī)中線連接；負(fù)載RL和直流電源V0通過轉(zhuǎn)換開關(guān)S2分別并聯(lián)于濾波電容Cd兩端。
全文摘要
一種電容儲能型雙向變換器屬于電子功率變換器,它采用前后級串聯(lián)工作的變換器結(jié)構(gòu),前級變換器由功率管T
文檔編號H02M7/66GK1266305SQ0011216
公開日2000年9月13日 申請日期2000年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
發(fā)明者周波, 嚴(yán)仰光, 穆新華, 竇森, 傅穎 申請人:南京航空航天大學(xué)