本实用新型涉及发电领域，具体涉及开关磁阻发电机的能快速变励磁电流和泄放技术改变发电电压的功率变换器。
背景技术：
全世界的电能，98%左右是由发电机产生的；无论大中型火力发电、水力发电，以及小型的柴油发电等，主要采用交流同步发电机，部分领域譬如风力发电领域经常会采用交流异步发电机；相对于发电领域这些主流的交流同步发电机和交流异步发电机，新兴的开关磁阻发电机结构简单，转子上无刷、无绕组、无永久磁体，它运行时相当于一个电流源，这样在一定转速范围内，输出端电压不会随着转速的变化而变化，这非常适合于变速运行的发电领域譬如风力发电领域，可提高风能的利用效率；开关磁阻发电机直接发出的是直流电，能直接适应当前在某些领域开展的直流输电系统，譬如海岛上及海岛间适合的直流电力传输需要，省去了整流环节从而使得其电力变换的环节也简化了结构；还有，开关磁阻发电机用作风力发电时可以在风力直接驱动下实现较高的发电效率，从而省去了齿轮箱，使整个发电系统结构更加简洁、可靠；而在运行过程中，开关磁阻发电机可控参数多，如开通角、关断角控制，电流斩波控制等，可方便的实现比较复杂的控制策略，灵活的控制输出直流电压和电流。
利用开关磁阻发电机来发电越来越受到业界的重视，在其发电过程中，开关磁阻发电机的功率变换器处于核心地位，它的功率变换器又可称为变流器，直接决定了电能的产生、发电的效率和电能质量等等。
目前开关磁阻发电机应用于风力发电领域已经具备工程化的先例了，在风力发电领域，由于风能的因时多变、功率密度低等特点，特别在乎发电机组的发电效率和效益。
开关磁阻发电机的电能产生，首先需要励磁，简单地说，同一绕组，先励磁后发电，并且分时进行，不同绕组间根据定转子间实时位置关系确定该哪相绕组工作，这些都具体通过功率变换器及对相应开关管的控制来实现，励磁方式目前有他励和自励两大类；结合业界对发电效率和效益，或者说最大功率输出的热烈追求，针对开关磁阻发电机的功率变换器结构及其控制的研究一直是业界的重点。
上面提到，一相绕组，先励磁后发电，分时进行，励磁阶段是吸收电能，发电阶段是释放电能，发电阶段释放的电能必须要大于励磁阶段吸收的电能，否则没有净输出电能，就没有任何意义了；那么，如何尽可能减少励磁阶段吸收的电能，同时尽可能增加发电阶段释放的电能，就是研究的关键了；减小励磁阶段的时间和减小励磁电流能减小励磁阶段吸收的电能，但是，发电阶段的电流大小是直接与励磁结束前的电流大小相关的，励磁电流小则发电开始时的电流就小，不利于发电电能的增加，从而尽量减小励磁阶段的时间就成了重点，简单的说，通过对功率变换器及其控制，在越短的时间内尽量大的提高励磁电流值，是提高开关磁阻发电机发电能力的方向，其中一个具体方向就是提高励磁阶段励磁电源的电压来实现，或者叫做快速励磁；另外，某相绕组通电励磁，然后发电，发电阶段结束后电流降到零，如果发电阶段结束电流下降时间过长，则会影响到电机的发电效率，因为电流没降到零时就已经进入下一相绕组的励磁区了，此时会产生反向转矩，降低发电效率，所以此时需要能够快速退磁的话就比较好。
通过对开关磁阻发电机数学模型的分析，其功率变换器的输出电压即发电电压与发电机的运动电动势之间的大小关系，决定着发电机在励磁之后的发电阶段的相绕组电流变化趋势，当运动电动势大于发电电压时，相电流增加，输出功率增加，当运动电动势小于发电电压时，相电流减小，尤其在发电机组低速运行时，运动电动势变小，输出功率一般也小于额定功率，特别是在发电机组速度从高速下降时，此时的运动电动势往往要小于发电电压，发电阶段相电流下降，输出功率进一步减小，降低了开关磁阻发电机的利用率和系统转换效率；如果采用一种技术，无论发电机运行于何种速度工况，想办法尽量降低发电电压值使其能小于运动电动势，即使发电电压依然大于运动电动势（差值变小），但也能改善相电流下降的幅度，则可很好的提升发电机的利用率和系统发电效率和效益。
技术实现要素：
根据以上的背景技术，本实用新型就提出一种在自励励磁方式前提下，能快速励磁和退磁的功率变换器主电路；同时，提出一种泄放电路降低发电电压值，从而改善发电阶段相绕组电流的波形，提升功率输出能力。
本实用新型的技术方案为：
快励开关磁阻发电机变电压功率变换器，由功率变换器主电路（1）、隔离式DC/DC变换器（2）、泄放电路（3）组成；其技术特征是，所述功率变换器主电路（1）输出三个端子，分别为储能电容正极端、储能电容负极端即发电电压正极端、发电电压负极端，储能电容正极端与发电电压负极端连接作为所述隔离式DC/DC变换器（2）的输入，隔离式DC/DC变换器（2）作为励磁电源其输出连接功率变换器主电路（1）的输入两端，其中隔离式DC/DC变换器（2）的输出正极端连接功率变换器主电路（1）输入励磁正极端同时也是功率变换器主电路（1）的发电电压负极端，隔离式DC/DC变换器（2）的输出负极端连接功率变换器主电路（1）的输入端负极；所述泄放电路（3）的两端与功率变换器主电路（1）的发电电压正负极两端连接。
所述的功率变换器主电路（1），由第一绕组支路（101）、第二绕组支路（102）、第三绕组支路（103）、第四绕组支路（104）、起励电源（105）、输出电容器（C1）、储能电容器（C2）组成；所述的四个绕组支路间并联连接，它们共同输出三个端子分别是储能电容正极端、发电电压正极端、发电电压负极端，它们共同的输入端两个端子分别是励磁电源正极端即发电电压负极端，也是隔离式DC/DC变换器（2）输出正极端，以及功率变换器主电路（1）输入端负极；所述的起励电源（105）的输出两端并联在发电电压负极端和功率变换器主电路（1）的输入端负极，起励电源（105）输出正极端连接发电电压负极端，起励电源（105）负极端连接另一端；所述的输出电容器（C1）并联在功率变换器主电路（1）输出两端即发电电压正极端和负极端之间；所述储能电容器（C2）并联在功率变换器主电路（1）的储能电容正极端和负极端之间。
所述的第一绕组支路（101）由第一绕组（A）、第一开关管（V1）、第一二极管（D1）、第二开关管（V2）、第二二极管（D2）组成，所述第一绕组（A）的一端与所述第一开关管（V1）的阳极连接，第一开关管（V1）的阴极连接功率变换器主电路（1）的输入端负极，第一绕组（A）的另一端连接发电电压负极端，在第一绕组（A）和第一开关管（V1）之间连接所述第一二极管（D1）的阳极，第一二极管（D1）的阴极连接所述第二开关管（V2）的阳极和所述第二二极管（D2）的阳极，第二开关管（V2）的阴极连接发电电压正极端，第二二极管（D2）的阴极连接储能电容正极端；所述的第二绕组支路（102）、第三绕组支路（103）、第四绕组支路（104）与第一绕组支路（101）具备完全相同的内部结构和对外连接，相应的第二绕组（B）、第三绕组（C）、第四绕组（D）与第一绕组（A）有相同的位置，第三开关管（V3）、第五开关管（V5）、第七开关管（V7）与第一开关管（V1）有相同的位置，第三二极管（D3）、第五二极管（D5）、第七二极管（D7）与第一二极管（D1）有相同的位置，第四开关管（V4）、第六开关管（V6）、第八开关管（V8）与第二开关管（V2）有相同的位置，第四二极管（D4）、第六二极管（D6）、第八二极管（D8）与第二二极管（D2）有相同的位置。
所述的起励电源（105），由蓄电池（X）和第九二极管（D9）组成；所述的蓄电池（X）和所述的第九二极管（D9）串联连接，蓄电池（X）的另一端即负极作为起励电源（105）的负极连接功率变换器主电路（1）的输入端负极，第九二极管（D9）的另一端即阴极作为起励电源（105）的正极连接发电电压负极端。
所述的泄放电路（3）由第九开关管（V9）、电感（L）、泄放器（301）组成；所述第九开关管（V9）的阳极连接发电电压正极端，第九开关管（V9）的阴极连接所述电感（L）的一端和所述泄放器（301）的一端，电感（L）的另一端与泄放器（301）的另一端连接，并共同与发电电压负极端连接。
所述的泄放器（301）由电力电子全控型开关管和泄放电阻串联连接组成。
本实用新型的主要技术效果是：
第一绕组（A）、第二绕组（B）、第三绕组（C）、第四绕组（D）作为四相开关磁阻发电机的四相绕组，也是四相开关磁阻发电机仅有的绕组，该功率变换器主电路（1）相对于传统的不对称半桥功率变换器主电路虽然所用器件数量相等，但因为增加了储能电容器（C2）及其增压效果，提高了励磁性能。
发电机运行中，励磁时的电压为发电电压值加上储能电容器两端的电压值，从而可快速励磁；发电阶段即将结束时，断开相应的第二（或第四、第六、第八）开关管后，此时相应绕组上的电压也是发电电压加储能电容器两端电压，只不过方向相反，促使绕组电流更快的减小，即快速退磁；总之，快速励磁和快速退磁，缩短了励磁时间，缩短了管短时间，相对增加了发电区域的时间，最终提高了发电机的发电效率和功率输出能力。
泄放电路（3）在需要降低发电电压时开始工作，第九开关管（V9）闭合后，输出电容器（C1）的电能向电感（L）转移，从而使得输出电容器（C1）两端电压即发电电压降低，发电电压相对运动电动势变小，则发电阶段的相绕组电流会上升，提高了电能输出能力；另外，在负载端消耗电能能力下降时，也可以通过泄放电路消耗多余电能，从而保护输出电容器（C1）及其他相关器件的安全。
附图说明
图1所示为本实用新型的快励开关磁阻发电机变电压功率变换器电路图。
图中：1、功率变换器主电路，2、隔离式DC/DC变换器，3、泄放电路。
具体实施方式
如附图1所示，快励开关磁阻发电机变电压功率变换器电路，发电机的A/B/C/D各相绕组连接于功率变换器主电路1内；运行期间励磁电压源自于发电电压，经隔离式DC/DC变换器2隔离变压后作为励磁电源；但在发电机起动时，发电电压尚未建立，此时的励磁电压由起励电源105提供；根据开关磁阻发电机定转子之间的位置关系，判断该哪一相绕组需要通电励磁，假设第一绕组A需要通电励磁，则第一开关管V1闭合，第一绕组A通电励磁，第一开关管V1断开后励磁结束，同时第二开关管V2闭合，第一绕组A中的储能通过第一二极管D1和第二开关管V2的回路输出，待发电阶段即将结束时，提前一定时间关断第二开关管V2，从而第一绕组A、第一二极管D1、第二二极管D2的回路导通，此时向储能电容器C2充电，特别的是，此时加在第一绕组A上的电压已经不是发电电压，而是发电电压与储能电容器C2电压之和，方向是促使第一绕组A中电流减小的电压方向，由于相对来说增加了一个储能电容器C2电压，绕组电流将相对更快速的降低直至零；相应的，轮到第二绕组B或第三绕组C或第四绕组D工作时，其第三开关管V3或第五开关管V5或第七开关管V7闭合导通，励磁结束时对应的开关管断开，同时第四开关管V4或第六开关管V6或第八开关管V8闭合，与对应的第三二极管D3或第五二极管D5或第七二极管D7形成回路输出电能，待发电即将结束时，提前一定时间关断相应的第四开关管V4或第六开关管V6或第八开关管V8，由对应的第四二极管D4或第六二极管D6或第八二极管D8接替形成回路向储能电容器C2充电，同时实现相对快速的退磁。
发电机起动后，待发电电压达到使得隔离式DC/DC变换器2输出的励磁电压大于起励电源105的蓄电池X电压时，由于第九二极管D9的作用，起励电源105将停止工作。
功率变换器主电路1输出的电能经输出电容器C1滤波后输出，可以直接给负载，或者连接电网。
隔离式DC/DC变换器2的主要作用是起到隔离（磁隔离）作用，也固定某比例的输入输出电压关系，根据本发明电路结构看，如果没有隔离，电路不能正常工作。
泄放电路3实际中有两个作用，第一个作用是当需要降低发电电压以利于改善绕组相电流波形不至于下降时，在发电机的发电阶段，闭合第九开关管V9，输出电容器C1上的储能将开始向电感L转移，则输出电容器C1两端电压即发电电压将降低，待第九开关管V9断开后，泄放器301中的开关管闭合将电感L中的储能泄放到泄放电阻中消耗掉；第二个作用是当该发电机输出的电能在负载端不能完全消耗，即负载变小之后，输出电容器C1的储能逐渐增加致使发电电压增加，当超过限制值时，通过泄放电路3的作用，控制方式与第一个作用相同，将电能通过泄放电路3泄放，从而保护输出电容器C1以及其他相关器件的安全。
实施例中全部开关管为IGBT或GTR或电力MOSFET等全控型电力电子开关器件。
虽然本发明的功率变换器主电路1为四相绕组，但对于三相绕组的结构同样属于保护范围。