一种用于宽转速范围运行的三相永磁发电机绕组切换装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于宽转速范围运行的三相永磁发电机绕组切换装置，该绕组切换装置（3）设有三相二极管电桥DB1及三相二极管电桥DB2，在三相二极管电桥DB1及三相二极管电桥DB2的直流输出侧分别连接二极管D7、D8及二极管D9、D10，二极管D7、D8及二极管D9、D10是用于防止倒流的二极管。二极管D7的阳极端与三相二极管电桥DB1的直流输出端及双极型晶体管SW1的集电极连接，二极管D8的阴极端与三相二极管电桥DB1的直流输出的负端及双极型晶体管SW1的发射极连接；二极管D9的阳极端与三相二极管电桥DB2的直流输出端及双极型晶体管SW2的集电极连接，二极管D10的阴极端与三相二极管电桥DB2的直流输出的负端及双极型晶体管SW2的发射极连接。
【专利说明】—种用于宽转速范围运行的三相永磁发电机绕组切换装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属发电机设备【技术领域】，尤其涉及一种通过切换三相交流发电机的绕组来扩大永磁电机速度运行范围的三相交流发电机的绕组切换装置，是以包含车用发电机、风力发电机、航空发电机等变速恒频发电模式的行业领域为对象。
【背景技术】
[0002]在由永磁电机加逆变器组合成的一体化发电系统中，作为用于在恒速获得充分大的转矩，同时可实现变速区域的运转的方法，采用绕组切换方法。现有的绕组切换方法中以使用全都具有机械接点的开关进行切换为前提。采用带接点的开关切换。因此，切入接点的机构动作所需的时间是必要的。并且，考虑到接点寿命，在逆变器侧一旦断开电流之后，期望进行所谓的无电流开闭。如果将这些动作时间综合，则成为不能忽略不计(通常，数十毫秒)的无用时间。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是鉴于上述问题而提出的一种用于宽转速范围运行的三相永磁发电机绕组切换装置。实现本实用新型的目的所采取的技术方案是:该绕组切换装置设有三相二极管电桥DBl及三相二极管电桥DB2，在三相二极管电桥DBl及三相二极管电桥DB2的直流输出侧分别连接二极管D7、D8及二极管D9、D10，二极管D7、D8及二极管D9、D10是用于防止倒流的二极管。二极管D7的阳极端与三相二极管电桥DBl的直流输出端及双极型晶体管SWl的集电极连接，二极管D8的阴极端与三相二极管电桥DBl的直流输出的负端及双极型晶体管SWl的发射极连接。二极管D9的阳极端与三相二极管电桥DB2的直流输出端及双极型晶体管SW2的集电极连接，二极管DlO的阴极端与三相二极管电桥DB2的直流输出的负端及双极型晶体管SW2的发射极连接。双极型晶体管SW1、SW2是为了开闭三相二极管电桥DB1、二极管电桥DB2的直流输出侧而跨越直流输出侧各自连接的。SW1、SW2是双极型晶体管或IGBT那样的自身消弧型半导体开关元件。
[0004]本实用新型具有可缩短绕组切换所需要的时间；通过在不使用具有机械可动部的开关的条件下，极力减少绕组切换用的半导体开关元件的使用，而实现小型和低成本化；因切换产生的能量被吸收到逆变器的平滑电容器，因而可供逆变器再利用；作为波及效果，与使用接点的切换方式相比，可在特别短的时间内进行绕组切换，因而可把对作为负荷的机械和装置的切换影响限制到极小。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是本实用新型的电路结构图；
[0006]图2是本实用新型在三相永磁发电机上应用结构示意图。
[0007]图中，1、逆变器，2、发电机，3、绕组切换装置。【具体实施方式】
[0008]结合附图对本实用新型进行说明。参照图1，该绕组切换装置3设有三相二极管电桥DBl及三相二极管电桥DB2，在三相二极管电桥DBl及三相二极管电桥DB2的直流输出侧分别连接二极管D7、D8及二极管D9、D10, 二极管D7、D8及二极管D9、DlO是用于防止倒流的二极管。二极管D7的阳极端与三相二极管电桥DBl的直流输出端及双极型晶体管Sffl的集电极连接，二极管D8的阴极端与三相二极管电桥DBl的直流输出的负端及双极型晶体管SWl的发射极连接。二极管D9的阳极端与三相二极管电桥DB2的直流输出端及双极型晶体管SW2的集电极连接，二极管DlO的阴极端与三相二极管电桥DB2的直流输出的负端及双极型晶体管SW2的发射极连接。双极型晶体管SW1、SW2是为了开闭三相二极管电桥DB1、二极管电桥DB2的直流输出侧而跨越直流输出侧各自连接的。SW1、SW2是双极型晶体管或IGBT那样的自身消弧型半导体开关元件。
[0009]本实用新型绕组切换装置的应用实例如下:
[0010]参照图2，图2是本发明在三相永磁发电机上应用结构示意图。图中，I是逆变器，2是发电机，3是绕组切换装置。逆变器I主要由二极管Dl?D6构成，切换装置3的直流输入端子与逆变器I的端子TP、TN连接。发电机2的各相绕组由2个线圈形成，使这些线圈连接的中间端子TU2、TV2、TW2作为发电机的外部端子被取出。发电机2的各相绕组端子的一端TU1、TVU TWl各自与逆变器I的各相的输入端子连接。绕组切换装置3中的三相二极管电桥DB2的交流输入端子分别与发电机2中的端子TU3、TV3、TW3连接。切换装置3中的三相二极管电桥DBl的交流输入端子分别与发电机2中的端子TU2、TV2、TW2连接。对绕组切换装置3的构成进行说明:二极管D7、D8是与三相二极管电桥DBl的直流输出侧连接的二极管。二极管D9、DlO是与三相二极管电桥DB2的直流输出侧连接的二极管。倒流防止二极管D7、D9与逆变器的直流母线连接。即二极管D7、D9与逆变器I的直流侧的输入端子TP连接，二极管D8、D10连接到逆变器I的直流侧的输入端子TN。这样流经三相二极管电桥DB1、DB2的电流的能量被吸收到逆变器I的平滑电容器C，可供逆变器利用。二极管D9、DlO与二极管D7、D8—样，是用于防止倒流的二极管。二极管D7的阳极侧的一端与三相二极管电桥DBl的直流输出端和双极型晶体管SWl的集电极连接。二极管D8的阴极侧的一端与三相二极管电桥DBl的直流输出的负端和双极型晶体管SWl的发射极连接。二极管D9的阳极侧的一端与三相二极管电桥DB2的直流输出端和双极型晶体管SW2的集电极连接。二极管DlO的阴极端与三相二极管电桥DB2的直流输出的负端和双极型晶体管SW2的发射极连接。
[0011]本实用新型的工作过程如下:
[0012]参照图2，一旦仅接通双极型晶体管SWl (SW2断开)，发电机端子TU2、TV2、TW2就通过三相二极管电桥DBl形成短路，发电机2绕组的一部分TU1-TU2、TV1-TV2、TW1-TW2构成的星形接线输出电压。发电机2的端子TU3、TV3、Tff3,由于绕组间的电磁耦合而感应电压，然而该电压经三相二极管电桥DB2整流后被吸收到逆变器I的平滑电容器C内。该构成与使用全部发电机绕组的情况相比，由于阻抗低，因而即使在高速区域内，也能输出充足的电功率，适合高速运行。一旦仅接通双极型晶体管SW2(SW1断开)，发电机2的端子TU3、TV3、TW3就通过三相二极管电桥DB2发生短路，由全部绕组的TU1-TU3、TV1-TV3、TW1-TW3构成的星形接线输出电压。发电机2的端子TU2、TV2、Tff2,由于绕组间的电磁耦合而感应电压，然而该电压经三相二极管电桥DBl整流后被吸收到逆变器的平滑电容器C内。该构成与使用前者的电机绕组的一部分的情况相比，由于阻抗高，因而即使在低速区域内，也能输出充足的电功率，从而适合低速运转。因此，与运转速度对应，通过选择性接通双极型晶体管SWl或SW2，可扩大发电机的运行速度范围。
[0013]另外，本实用新型使用的交流发电机，不管是感应型、同步型，还是旋转型、直动型的类型，无论哪种交流发电机都能应用。
[0014]在具有:各相绕组由多个绕组构成，把使上述多个绕组相互连结的连结端子和各相绕组的两端子设置在发电机外部的交流发电机；适当切换上述连结端子的绕组切换单元；以及向上述逆变器提供固定范围的可变电压的三相交流发电机的绕组切换装置中，由于上述绕组切换单元由:使上述各相绕组的一端与上述逆变器连接，使另一端和上述连结端子按各相与各个三相整流单元的交流侧输入端子连接的多个三相整流单元；以及设置成开闭上述三相整流单元的直流输出侧的两端的半导体开关构成。并且，本发明的三相交流发电机的绕组切换装置，还具有以下特征:在上述多个三相整流单元的各个直流输出侧的两端通过二极管，使上述三相整流单元的直流输出侧与上述逆变器的上述直流母线连接，该二极管的设置方向为，在上述半导体开关断开时，使从上述三相整流单元流出的电流流到上述逆变器的直流母线，在上述半导体开关接通时，使电流不能从上述逆变器的直流母线倒流到上述半导体开关。
[0015]由于是使用半导体的切换，因而在极短时间内完成切换动作，可用少量半导体元件构成。并且，即使选择部分使用绕组的模式，也能避免在剩余端子感应的电压极度变大。
【权利要求】
1.一种用于宽转速范围运行的三相永磁发电机绕组切换装置，其特征在于:该绕组切换装置(3)设有三相二极管电桥DBl及三相二极管电桥DB2，在三相二极管电桥DBl及三相二极管电桥DB2的直流输出侧分别连接二极管D7、D8及二极管D9、D10，二极管D7、D8及二极管D9、DlO是用于防止倒流的二极管；二极管D7的阳极端与三相二极管电桥DBl的直流输出端及双极型晶体管SWl的集电极连接，二极管D8的阴极端与三相二极管电桥DBl的直流输出的负端及双极型晶体管SWl的发射极连接；二极管D9的阳极端与三相二极管电桥DB2的直流输出端及双极型晶体管SW2的集电极连接，二极管DlO的阴极端与三相二极管电桥DB2的直流输出的负端及双极型晶体管SW2的发射极连接。
2.按照权利要求1所述的用于宽转速范围运行的三相永磁发电机绕组切换装置，其特征在于:所述切换装置(3)的直流输入端子与逆变器(I)的端子TP、TN连接，绕组切换装置(3)中的三相二极管电桥DBl的交流输入端子分别与发电机(2)中各相的中间端子TU2、TV2、TW2连接，绕组切换装置(3)中的三相二极管电桥DB2的交流输入端子分别与发电机(2 )中的TU3、TV3、TW3端子连接。
【文档编号】H02P9/30GK203491943SQ201320606823
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】张文昌, 刘海鹏, 张军刚, 孟海军, 于功山, 王怀杰 申请人:济南吉美乐电源技术有限公司