專利名稱：一種基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電機技術領域，具體涉及一種基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機。
背景技術：
電動機是將電能轉化為機械能的裝置，根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機，開關磁阻電動機(SRM)即為一種采用直流供電的新型電動機。開關磁阻電動機系雙凸極可變磁阻電動機，其定、轉子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，轉子上既無繞組也無永磁體，定子凸極上繞有繞組。SRM可以設計成多種不同相數(shù)結構，且定、轉子 的極數(shù)有多種不同的搭配。圖I所示了四相8/6結構SRM及其功率變換器連接示意圖，圖中只畫出A相繞組及其供電電路。SRM的運行遵循“磁阻最小原理”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，使轉子鐵心在移動到磁阻最小位置時，轉子的主軸線與磁場的軸線重合。如圖I所示，當標有1-1’的轉子極對的中心線和A-A’相定子極對的中心線重合時，轉子極對1-1’處于磁阻最小位置，此時A相繞組電感是最大的。當給B-B’相通電時，轉子極對2-2’根據(jù)“磁阻最小原理”就會產生逆時針方向的轉矩，依次給A-B-C-D相繞組通電，SRM就可以實現(xiàn)逆時針方向轉動；同理，如果依次給A-D-C-B相繞組通電，那么SRM就可以實現(xiàn)順時針方向轉動。由此可見，SRM的轉向取決于相繞組通電的順序，而與相繞組的電流方向無關。目前，利用新能源供電的電動機系統(tǒng)包括新能源電池、蓄電池和電動機，這三者之間的功率轉換應用越來越頻繁，因此實現(xiàn)功率的轉換便需要相應的功率變換器，然而目前對于這三者之間的功率轉換需要多個功率變換器，例如新能源電池-電動機的功率變換器，新能源電池-蓄電池的功率變換器以及蓄電池-電動機的功率變換器。一種現(xiàn)有以光伏電池作為輸入電源的帶蓄電池可調度式電動機如圖2所示，光伏電池或蓄電池通過三相逆變器給電動機供電，光伏電池再通過一個直流變換器給蓄電池充電。在上述系統(tǒng)中需要一個光伏電池給蓄電池充電的直流變換器，同時還需要一個三相逆變器，整個系統(tǒng)需要兩套功率變換器以及數(shù)量眾多的開關管，成本比較高，開關損耗比較大，總的轉換效率也不是很高，三相逆變器中存在同一個支路中上下兩個開關管直通的故障問題。同時，將這種電動機應用于光伏水泵系統(tǒng)中，利用光伏電池將太陽能直接轉換為電能，然后驅動電動機帶動水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水；在給定轉速或者轉矩運行下，該類電動機無法實現(xiàn)光伏電池最大功率點跟蹤控制。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術所存在的上述技術缺陷，本發(fā)明提供了一種基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，只需通過一套功率變換器即能實現(xiàn)新能源電池、能量存儲器和電機三者之間的能量轉換，且能實現(xiàn)新能源電池最大功率點跟蹤控制。一種基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻二極管、一電感、兩個主續(xù)流二極管、兩個主開關管和n個繞制于定子凸極上的繞組，n為開關磁阻電動機的相數(shù)；其中所述的新能源電池的正極與逆阻二極管的陽極相連，逆阻二極管的陰極與第一主開關管的漏極和第二主開關管的漏極相連，第二主開關管的源極與電感的一端和第二主續(xù)流二極管的陰極相連，電感的另一端與能量存儲器的正極相連，主開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號；所述的繞組的一端與第一主開關管的源極和第一主續(xù)流二極管的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關管和子續(xù)流二極管；所述的子續(xù)流二極管的陽極與子開關管的漏極和繞組的另一端相連，子續(xù)流二極管的陰極與逆阻二極管的陰極相連，子開關管的源極與第一主續(xù)流二極管的陽極、新能源 電池的負極、第二主續(xù)流二極管的陽極和能量存儲器的負極相連，子開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號。新能源電池是一種直接把可再生能源(如核能、太陽能、風能、生物質能、地熱能等)轉化成電能的裝置，優(yōu)選地，所述的新能源電池為光伏電池；相對于其他新能源電池，其不受環(huán)境限制，使用方便。優(yōu)選地，所述的逆阻二極管的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負極相連；能夠實現(xiàn)新能源電池輸出功率的解耦，可以讓后級電路減少對新能源電池工作點的影響。能量存儲器是一種用于存儲電能的裝置(如蓄電池、超級電容等)，優(yōu)選地，所述的能量存儲器為蓄電池；其具有較高的能量存儲密度，且價格便宜，具有普適性。所述的第一主開關管和子開關管均采用NMOS管。優(yōu)選地，所述的第二主開關管采用IGBT ;可提高器件的集成性。本發(fā)明的工作原理為當?shù)谝恢鏖_關管與第二主開關管同時動作時，新能源電池輸出的能量同時給能量存儲器和電機供電；通過控制給能量存儲器輸送的能量可實現(xiàn)電機輸出能量與新能源電池輸出功率解耦，從而實現(xiàn)新能源電池輸出的最大功率點跟蹤控制；當?shù)谝恢鏖_關管停止工作，第二主開關管動作時新能源電池的輸出給能量存儲器充電；當?shù)诙鏖_關管停止工作，第一主開關管動作時新能源電池的輸出給電機供電。本發(fā)明通過一套功率變換器可以實現(xiàn)新能源電池、能量存儲器和電機之間的能量轉換，新能源電池在給電機供電的同時亦能給能量存儲器充電；同時本發(fā)明可以在給定轉速或者轉矩下的工況下，通過對能量存儲器充電能量的控制實現(xiàn)新能源電池最大功率點跟蹤控制；另外本發(fā)明功率變換器中開關器件少，能夠提高系統(tǒng)整體的能量轉換效率，且開關器件之間無傳統(tǒng)逆變器上下直通的危險隱患。


圖I為開關磁阻電動機的電路結構示意圖。圖2為現(xiàn)有以光伏電池供電帶蓄電池可調度式電動機的電路結構示意圖。圖3為本發(fā)明開關磁阻電動機的電路結構示意圖。
圖4(a)為光伏電池向電感和蓄電池充電的原理示意圖。圖4(b)為電感向蓄電池充電的原理示意圖。圖4(c)為蓄電池向繞組供電的原理示意圖。圖4(d)為開關管磁阻電機能量回饋的原理示意圖。圖4(e)為開關管磁阻電機續(xù)流回路的原理不意圖。圖4(f)為開關管磁阻電機續(xù)流回路的原理不意圖。圖4(g)為蓄電池向開關磁阻電機供電的原理示意圖。
具體實施方式
為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的技術方案及其相關原理進行詳細說明。如圖3所示，一種基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，包括一光伏電池、一蓄電池、一逆阻二極管、一電感、一電容、兩個主續(xù)流二極管、兩個主開關管、三個子開關管、三個子續(xù)流二極管和三個繞制于定子凸極上的繞組；其中光伏電池的正極與逆阻二極管Dpv的陽極相連，逆阻二極管Dpv的陰極與電容C的一端、主開關管Q1的漏極和主開關管Q2的漏極相連，主開關管Q2的源極與電感L的一端和主續(xù)流二極管De的陰極相連，電感L的另一端與蓄電池E的正極相連，主開關管Q1I2的柵極均接收外部設備提供的開關信號;繞組La的一端與主開關管Q1的源極和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組La的另一端與子續(xù)流二極管D1的陽極和子開關管S1的漏極相連，子續(xù)流二極管D1的陰極與逆阻二極管Dpv的陰極相連，子開關管S1的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負極、電容C的另一端、主續(xù)流二極管De的陽極和光伏電池的負極相連，子開關管S1的柵極接收外部設備提供的開關信號。繞組Lb的一端與主開關管Q1的源極和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組Lb的另一端與子續(xù)流二極管D2的陽極和子開關管S2的漏極相連，子續(xù)流二極管D2的陰極與逆阻二極管Dpv的陰極相連，子開關管S2的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負極、電容C的另一端、主續(xù)流二極管De的陽極和光伏電池的負極相連，子開關管S2的柵極接收外部設備提供的開關信號。繞組L。的一端與主開關管Q1的源極和主續(xù)流二極管Dtl的陰極相連；繞組L。的另一端與子續(xù)流二極管D3的陽極和子開關管S3的漏極相連，子續(xù)流二極管D3的陰極與逆阻二極管Dpv的陰極相連，子開關管S3的源極與主續(xù)流二極管Dtl的陽極、蓄電池E的負極、電容C的另一端、主續(xù)流二極管De的陽極和光伏電池的負極相連，子開關管S3的柵極接收外部設備提供的開關信號。本實施方式中，主開關管Q1和子開關管S1^1S3均米用NMOS管；主開關管Q2米用IGBT。本實施方式的工作模式分為三種光伏電池同時向電機和蓄電池輸送能量、蓄電池單獨向電機輸送能量、光伏電池單獨向蓄電池輸送能量。光伏電池同時向電機和蓄電池輸送能量時，Q2反復開關動作，光伏電池將其能量輸送給蓄電池，當Q2導通時光伏電池給電感和蓄電池充電如圖4(a)所示，當Q2關斷時電感給蓄電池充電如圖4(b)所示^反復開關動作，然后通過控制Sp S2和S3的導通角度來實現(xiàn)電機的轉動，同時通過％、D1, D2和D3將La、Lb、Lc中的能量釋放給電容C。以La為例當Q1和S1導通時如圖4(c)所示，光伏電池給La充電，在電機工作時1^將部分能量轉化為機械能；當Q1和S1都關斷時如圖4(d)所示，繞組中的La能量通過主續(xù)流二極管Dtl和子續(xù)流二極管D1回饋給電容C ;當Q1導通，S1關斷時，繞組La通過主開關管Q1和子續(xù)流二極管D1形成自然續(xù)流回路，如圖4(e)所示；當S1導通，Q1關斷時，繞組La通過開關管S1和主續(xù)流二極管Dtl形成自然續(xù)流回路，如圖4(f)所示。通過控制開關Q2的占空比可以實現(xiàn)光伏電池的給蓄電池充電的能量，實現(xiàn)光伏電池輸出功率與電機輸出功率之間的解耦，從而可以同時實現(xiàn)光伏電池最大功率點跟蹤和給定電機輸出能量。當光伏電池無能量輸出，蓄電池單獨向電機輸送能量時，Q2關斷，Q1反復開關動作，然后通過控制Si、S2和S3的導通角度來實現(xiàn)電機的轉動，蓄電池通過Q2的反并聯(lián)二極管給電機提供能量，如圖4(g)所示。
當光伏電池輸出能量較低不能帶動電機時，光伏電池給蓄電池充電，Q1關斷，Q2反復開關動作，光伏電池將其能量輸送給蓄電池。
權利要求
1.一種基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，其特征在于，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻ニ極管、ー電感、兩個主續(xù)流ニ極管、兩個主開關管和η個繞制于定子凸極上的繞組，η為開關磁阻電動機的相數(shù)；其中所述的新能源電池的正極與逆阻ニ極管的陽極相連，逆阻ニ極管的陰極與第一主開關管的漏極和第二主開關管的漏極相連，第二主開關管的源極與電感的一端和第二主續(xù)流ニ極管的陰極相連，電感的另一端與能量存儲器的正極相連，主開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號； 所述的繞組的一端與第一主開關管的源極和第一主續(xù)流ニ極管的陰極相連，繞組的另一端連接有子開關管和子續(xù)流ニ極管； 所述的子續(xù)流ニ極管的陽極與子開關管的漏極和繞組的另一端相連，子續(xù)流ニ極管的陰極與逆阻ニ極管的陰極相連，子開關管的源極與第一主續(xù)流ニ極管的陽極、新能源電池的負極、第二主續(xù)流ニ極管的陽極和能量存儲器的負極相連，子開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，其特征在于所述的新能源電池為光伏電池。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，其特征在于所述的逆阻ニ極管的陰極連接有電容，所述的電容的另一端與新能源電池的負極相連。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，其特征在于所述的能量存儲器為蓄電池。
5.根據(jù)權利要求I所述的基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，其特征在于所述的第一主開關管和子開關管均采用NMOS管。
6.根據(jù)權利要求I所述的基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，其特征在于所述的第二主開關管采用IGBT。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于功率跟蹤控制的新能源開關磁阻電動機，包括一新能源電池、一能量存儲器、一逆阻二極管、一電感、兩個主續(xù)流二極管、兩個主開關管和n個繞制于定子凸極上的繞組；繞組的一端與第一主開關管的源極和第一主續(xù)流二極管的陰極相連，繞組的另一端連接有開關管和子續(xù)流二極管。本發(fā)明通過一套功率變換器可以實現(xiàn)新能源電池、能量存儲器和電機之間的能量轉換，新能源電池在給電機供電的同時亦能給能量存儲器充電；同時本發(fā)明可以在給定轉速或者轉矩下的工況下，通過對能量存儲器充電能量的控制實現(xiàn)新能源電池最大功率點跟蹤控制；另外本發(fā)明功率變換器中開關器件少，能夠提高系統(tǒng)整體的能量轉換效率。
文檔編號H02K11/00GK102664505SQ20121014603
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者呂曉東, 胡義華 申請人:杭州浙陽電氣有限公司