专利名称：供电结构可变飞轮储能电机装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种存储电能的系统，特别是一种用飞轮的发动机。
背景技术：
飞轮储能电动/发电机装置，应用于需瞬时大功率负载供电场合，如陆用电网调 峰、大型门式起重机能量回收再利用、地铁站能量回收再利用等等，该电动/发电机装置 具有三相绕组结构的电动/发电机，该三相绕组电动/发电机的轴端连接有一可存储能量 的飞轮组件，该三相绕组还通过双向开关连接有三相全控整流器，该三相全控整流器经三 相逆变器连接有负载，构成一飞轮储能电动/发电机装置，上述三相绕组结构电机虽然结 构简单，但其可靠性较低，如三相绕组中有一绕组出现故障，整个装置将无法运行，这种现 象在一些应急的负载场合，可能酿成严重后果，装置中的整流器件均是采用大功率可控硅 (IGBT)，在大功率领域，功率器件的价格同容量之间为指数型关系，随着单管所需容量的增 加，其价格急剧升高，可靠性降低，而这些大容量功率器件，全控IGBT器件价格非常昂贵， 一般是同容量不控型功率二极管价格的3倍以上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的供电结构可变飞轮储能电机装 置，它能提高飞轮储能电机装置的可靠性，并能降低整个功率变换系统的成本。本发明解决上述技术问题采用的技术方案是供电结构可变飞轮储能电机装置，包括有带飞轮的电动/发电机、双向开关、变频 驱动单元、三相整流器和三相逆变器，其特点是电动/发电机的定子绕组是一组相互独立 的Y绕组，所述的定子绕组具有一 Y绕组为可逆绕组，该定子绕组的其余Y绕组为第一和第 二发电绕组，该可逆绕组经双向开关分别连接有变频驱动单元的第一三相逆变器或第一三 相整流器，该第一、第二发电绕组分别对应连接有第二、第三三相整流器，电动状态电源经 变频驱动单元的第四三相整流器和第一三相逆变器及双向开关接通可逆绕组，电机带动飞 轮高速旋转储能，发电状态飞轮释放能量，定子绕组的各Y绕组同时作发电运行，并经各独 立的第一、第二和第三整流器和第二三相逆变器作瞬时大功率输出，形成供电结构可变装 置。本发明的电动/发电机定子绕组是相互独立的Y绕组，如其中某相绕组出现故障， 整个装置仍可降额运行，明显提高装置的可靠性，本发明在电动状态时，仅可逆绕组工作， 多相电机以三相电机运行，其功率总容量大降，变频驱动单元各组成容量减小，可降低设备 成本，电机定子绕组均为独立Y绕组，和其连接的整流器件均采用功率二极管，和传统结构 比较，装置的总体价格会大大降低，具有极佳的经济效益。
图1是本发明供电结构可变飞轮储能电机装置示意图。
图2是图1三相整流器电路原理图。图3是图1中三相逆变器电路原理图。
具体实施例方式参照图1，供电结构可变飞轮储能电机装置，包括有电动/发电机的定子绕组1、双 向开关2、变频驱动单元3、三相整流器4、平波电容5和三相逆变器6。电动/发电机的定子绕组1是由一组(为η个)相互独立的Y绕组构成，其中一 套Y绕组为可逆绕组11，该可逆绕组11连接有双向开关2，其余(即η-1套Y绕组)为发 电绕组，如图1中所示第一发电绕组12、第二发电绕组13……，其中第一发电绕组12连接 有第二三相整流器42，第二发电绕组13连接有第三三相整流器43，当η > 3时，各发电绕 组和三相整流器的连接可依次类推；电动/发电机除上述结构特点以外，和现有技术的结构基本相似，在其转子的轴 伸上安装有飞轮组件，当电动/发电机处于电动工作状态时，转子带动飞轮高速旋转，飞轮 将储存大量功能可供瞬时大功率输出所需。双向开关2，其结构和功能与现有技术相似，该双向开关2的一端连接定子绕组1 的可逆绕组11，另一端连接变频驱动单元3 (电动运行状态)图1示A位或三相整流器4的 第一三相整流器41图1示B位(发电运行状态)。变频驱动单元3的结构基本和现有技术相似，包括有三相整流器4的第四三相整 流器44、第一平波电容51和三相逆变器6的第一三相逆变器61 ；其中第四三相整流器44 为不控整流式整流器，如图2所示，各整流器件为功率二极管，当需要快速调整第一平波电 容51的电压时，可采用晶闸管代替功率二极管，由于功率二极管价格仅为同等容量全控器 件IGBT的1/3，因此，本发明采用的技术措施可大幅降低装置成本；一平波电容5的第一平 波电容51并联在第四三相整流器44的输出端，该输出端联接有一三相逆变器6的第一三 相逆变器61 ；第一三相逆变器61的电路原理图如图3，是采用经典的两点平IGBT全控桥， 当容量较大或对谐波要求较为严格时，可采用三电平结构，由于电动/发电机在电动状态 时，仅可逆绕组11工作，其他η-1套绕组空载，多相电机作为三相电机运行，其总功率降为 总容量的1/η，相应第一三相逆变器61的IGBT容量仅需要传统结构的1/η，因而能进一步 降低装置成本。三相整流器4，如图1、2所示，包括有第一、第二、第三和第四三相整流器41、42、 43、44，各三相整流器的结构和功能均和上述第四三相整流器44相同或相似；其中第一三 相整流器41的输入端和双向开关2的一端连接，当该端闭合时，第一三相整流器41和定子 绕组1的可逆绕组11连接，电动/发电机处于发电运行状态，第一三相整流器41的输出端 和装置的输出总线连接；第二三相整流器42，其输入端和定子绕组1的第一发电绕组连接， 其输出端和装置输出总线连接；第三三相整流器43，其输入端和定子绕组1的第2发电绕 组连接，其输出端和装置输出总线连接；当定子绕组1的组成为η个相互独立的Y绕组时， 即有η-1个发电绕组和对应的三相整流器连接。平波电容5，如图1所示，包括有第一平波电容51和第二平波电容52，其结构与功 能和现有技术相同或相似，第一平波电容51并联于第四整流器44的输出端，用于第四整流 器44的直流电滤波后输入三相逆变器6的第一三相逆变器61，第二平波电容52并联于第二三相逆变器62的输入端，用于连接定子绕组1各绕组的整流器的直流电滤波后输入三相 逆变器6的第二三相逆变器62。三相逆变器6，如图1、3所示，包括有第一三相逆变器61和第二三相逆变器62，二 者结构和功能相同或相似，第一三相逆变器61输入端连接第四三相整流器44，其输出端连 接双向开关2，第二三相逆变器62输入端连接于装置输出总线，其输出端连接负载。供电结构可变飞轮储能电机装置运行时电动状态——电源网电力经变频驱动单元3的第四三相整流器44转化为直流电， 经平波电容5的第一平波电容51滤波，然后经三相逆变器6的第一三相逆变器61转化为 变频的交流电，随之向电动/发电机的定子绕组1的可逆绕组11供电，电机高速旋转并带 动其转子轴伸上的飞轮高速旋转，飞轮可储存大量动能以供瞬时大功率输出所需。发电状态——电动/发动机在飞轮驱动下高速旋转，双向开关2接通可逆绕组11 和第一三相整流器41，全部(η套)Y绕组产生的变频率交流电，经对应的各三相整流器(如 第一、第二、第三……第η三相整流器)输出至同一直流总线，经平波电容5的第二平波电 容52滤波，然后经三相逆变器6的第二三相逆变器62转化为大功率的交流电能输出。
权利要求
1.一种供电结构可变飞轮储能电机装置，包括有带飞轮的电动/发电机、双向开关、变 频驱动单元、三相整流器和三相逆变器，其特征在于电动/发电机的定子绕组(1)是一组 相互独立的Y绕组，所述的定子绕组(1)具有一 Y绕组为可逆绕组(11)，该定子绕组(1)的 其余Y绕组为第一和第二发电绕组(12、12’)，该可逆绕组(11)经双向开关( 分别连接有 变频驱动单元C3)的三相逆变器(61)或第一三相整流器(41)，该第一、第二发电绕组(12、 12’)分别对应连接有第一、第三三相整流器02、43)，电动状态电源经变频驱动单元(3)的 第四三相整流器04)和第一三相逆变器(61)及双向开关( 接通可逆绕组(11)，电机带 动飞轮高速旋转储能，发电状态飞轮释放能量，定子绕组(1)的各Y绕组同时作发电运行， 并经各相互独立的第一、第二和第三整流器01、42、43)和第二三相逆变器(62)作瞬时大 功率输出，形成供电结构可变装置。
2.根据权利要求1所述的供电结构可变飞轮储能电机装置，其特征是第一、第二、第三 和第四整流器(41、42、43、44)为不控整流式整流器，各整流器件为功率二极管。
3.根据权利要求1所述的供电结构可变飞轮储能电机装置，其特征是第一和第二逆变 器(61、62)为两电平可控硅全控桥或三电平结构。
全文摘要
一种供电结构可变飞轮储能电机装置，主要解决提高装置可靠性与降低成本等技术问题，其采用技术方案是电机的定子绕组是一组独立的Y绕组，其中一Y绕组为可逆绕组，其余Y绕组为第一、第二发电绕组，该可逆绕组经双向开关分别连接有变频驱动单元或第一三相整流器，该第一、第二发电绕组分别对应连接有第二、第三三相整流器，电动时，电源经变频驱动单元和双向开关接通可逆绕组，电机带动飞轮旋转储能，发电时，飞轮释放能量，各Y绕组同时作发电运作，并经整流和逆变作瞬时大功率输出，适用各式用飞轮储能的电机装置。
文档编号H02K3/28GK102142733SQ201010585589
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者刘莉飞, 张希, 杨帆, 杨平西, 毕刘新, 陈次祥, 陈琳 申请人:中国船舶重工集团公司第七〇四研究所