无刷交流复合励磁无刷直流电机的运行控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电机的运行控制系统，特别是涉及一种无刷交流复合励磁无刷直流电机的运行控制系统。
【背景技术】
[0002]目前的无刷励磁无刷直流电机在励磁侧多数采用了直流励磁，且在转子功率励磁都是采用直流绕组电磁场进行转子功率励磁。如图11展示的是直流励磁交流发电机的运行控制系统。虽然直流励磁控制相对简单，技术也比较成熟，但是普通直流励磁电机在低转速下存在直流励磁效率低、运行范围窄或者励磁失效和功率密度偏低的问题，降低了电励磁效率。而且转子功率励磁仅仅采用直流绕组电磁场发出常规的正弦波电压。为解决直流励磁在低转速下存在的励磁效率降低或者励磁失效的问题。为了进一步提高无刷励磁无刷直流电机的功率密度和发电效率。我司经过了大量研宄、论证、验证后，已经提出并且申请了专利申请号为201410356061.1的实用新型专利和专利申请号为201420412580.0的实用新型专利的《无刷交流复合励磁无刷直流电机》。
[0003]但是为了实现无刷交流复合励磁无刷直流电机的功能，需要为其提供一种特别适用于该电机的运行控制系统。为使电机能够实现交流无刷变频励磁，本系统采用了交流变频励磁部为电机的无刷交流励磁绕组提供交流变频励磁电压。而且根据电机功率大小，定子功率绕组采用三、六、九等多相绕组，电机运行控制系统也相应地采用6、12、18等多脉冲整流。从而达到了减小谐波、降低系统成本、提高系统的发电效率的目的。
[0004]此外，为实现特殊场合下如船舶轴带发电系统的紧急靠岸功能(Take HomeSystem)功能。即在主发动机损坏的紧急情况下，可以将主机与齿轮箱脱开，辅机带动主发电机作为船舶应急电源供电，原来工作在发电状态的轴带发电机则变为轴带电动机工作，从而驱动螺旋桨，实现应急靠岸(Take Home System)。除此之外，船舶电源还包括蓄电池组构成的小应急电源。当主发电机组不能供电时，由应急发电机组或蓄电池组向船舶重要航行设备和应急照明系统供电。因此本实用新型中的无刷交流复合励磁无刷直流电机的运行控制系统，需要具备使功率由无刷励磁无刷直流电机到负载/主发以及由主发电机到无刷励磁无刷直流电机之间的双向流动的能力。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种无刷交流复合励磁无刷直流电机的运行控制系统。在电机上采用了交流无刷励磁，解决低速励磁问题，保证零速以上都可以发电，拓展了发电系统的工作范围；采用旋转整流子，复合(永磁磁场+直流电磁场)励磁无刷直流发电机，提高电机功率密度和降低电机及系统成本；发电端采用无刷直流绕组，产生梯形波发电电压，提高低速发电功率，进一步提高功率密度，大幅缩小电机及系统体积；根据功率大小，采用6、12、18等多脉冲整流，减小谐波，能够取消PWM整流，降低系统成本，提高整个运行系统的效率；在整流和逆变环节采用四象限整流逆变方案，能使整个系统在不改动系统结构的基础上，实现发电状态到电动状态的切换。
[0006]本实用新型的无刷交流复合励磁无刷直流电机(I)包括有:定子励磁绕组(12)，电机转子(13)，定子功率绕组(14)。所述的电机转子(13)包括转子励磁绕组(131)、旋转整流器(132)、转子功率励磁单元(133)，所述的转子功率励磁单元(133)包括直流绕组(1331)和永磁体(1332)，直流绕组(1331)附绕在永磁体(1332)上且两者进行复合励磁。
[0007]本实用新型的运行控制系统包括有:包括整流部(3)、储能部⑷、逆变部(5)、正弦滤波器(6)、输出变压器(7)、负载/主发(8)、交流变频励磁部(9)、控制部(10);其中无刷交流复合励磁无刷直流电机的定子功率绕组(14)通过三相线路连接至整流部的输入端，整流部(3)的正负直流母线输出端连接至逆变部(5)的正负直流母线输入端，并且在整流部(3)和逆变部(5)之间的正负直流母线上并联有储能部(4)，逆变部(5)的输出端通过三相线路连接至正弦滤波器(6)的输入端，正弦滤波器(6)的输出端通过三相线路连接至输出变压器(7)的三相输入端，输出变压器(7)通过三相四线线路或三相线路连接至负载/主发(8)，定子励磁绕组(12)通过三相线路连接至交流变频励磁部(9)的三相输出端，交流变频励磁部(9)的正负直流母线输入端并联到储能部(4)和逆变部(5)之间的正负直流母线上，控制部(10)为逆变部(5)和交流变频励磁部(9)提供控制信号。
[0008]所述一种运行控制系统还包括有:直流电抗器(2);当系统中的无刷交流复合励磁无刷直流电机(I)在其定子功率绕组(14)上采用六相绕组，并分成两组120°对称的三相星型绕组时，系统采用两组三相整流部(3)进行六脉冲整流；两组直流电抗器(2)分别串联在两组整流部(3)的直流母线输出正端与储能部(4)正极之间之间对两组整流部(3)的输出电压进行均压。
[0009]其中第一组三相星型绕组通过三相线路连接第一组整流部(3)的输入端，整流部(3)的正负直流母线输出端连接至逆变部(5)的正负直流母线输入端，在整流部(3)和逆变部(5)之间的正负直流母线上并联有储能部(4)，且在整流部(3)直流母线正输出端和储能部(4)正极之间的正直流母线上串联有第一组直流电抗器(2)。
[0010]定子功率绕组(14)的第二组三相星型绕组通过三相线路连接第二组整流部(3)的输入端，该组整流部(3)和逆变部(5)之间的正负直流母线上并联有储能部(4)，整流部
(3)的正负直流母线输出端连接至逆变部(5)的正负直流母线输入端，该组整流部(3)的正负直流母线输出端并联到储能部(4)的正负极，且在该组整流部(3)直流母线正输出端和储能部(4)正极之间的正直流母线上串联有第二组直流电抗器(2)。
[0011]逆变部(5)的输出端通过三相线路连接至正弦滤波器(6)的输入端，正弦滤波器(6)的输出端通过三相线路连接至输出变压器(7)的三相输入端。输出变压器(7)通过三相四线线路或三相线路连接至负载/主发(8)。电机的定子功率绕组(14)通过三相线路连接至运行系统的交流变频励磁部(9)的三相输出端，交流变频励磁部(9)的正负直流母线输入端并联到储能部(4)和逆变部(5)之间的正负直流母线上。控制部(10)为逆变部
(5)和交流变频励磁部(9)提供控制信号。
[0012]所述一种运行控制系统还包括有:位置检测单元(11)。在无刷交流复合励磁无刷直流电机(I)的位置检测端有位置检测单元(11)采集电机转子位置信号并将其提供给控制部(10) O
[0013]所述的交流变频励磁部(9)采用三相IGBT全控全桥结构，由控制部(10)为每一个IGBT提供通断信号。其中每个IGBT的C极(集电极)和E极(发射极)之间反向并联一个续流二极管，续流二极管由E极到C极单向导通，在IGBT功率开关管关断时起到续流作用。交流变频励磁部(9)的正负直流输入端连接到正负直流母线，并从正负直流母线上取电作为电流来源，通过三相IGBT全控全桥逆变为交流变频励磁电流，交流变频励磁部
(9)的三相输出端通过三相线路连接到无刷交流复合励磁无刷直流电机(I)的定子功率绕组(14)产生交流变频励磁感应电磁场。
[0014]所述的整流部(3)包括三相全桥二极管不可控整流电路、三相全桥晶闸管半控整流电路、三相全桥IGBT半控整流电路、三相全桥晶闸管全控整流电路、三相全桥IGBT全控整流电路中的一种或多种。优选的，在本实用新型中整流部(3)采用了三相全桥二极管不可控整流和三相全桥TGBT全控整流。具体的，在本实用新型中的整流部(3)包括:PWM整流部(31)、全桥整流部(32)、整流逆变部(33)。特别的，整流逆变部(33)指的是三相全桥IGBT既可以工作在整流状态的PWM整流，还可以工作在逆变状态的全控逆变。
[0015]所述的逆变部(5)采用是三相全桥IGBT全控逆变。逆变部(5)采用三相IGBT全桥全控结构，由控制部(10)为每一个IGBT提供通断信号。其中每个IGBT的C极(集电极)和E极(发射极)之间反向并联一个续流二极管，续流二极管由E极到C极单向导通，在IGBT功率开关管关断时起到续流作用。具体的，在本实用新型中的逆变部(5)包括:全控逆变部(51);逆变整流部(52)。特别的，逆变整流部(52)指的是三相全桥IGBT既可以工作在逆变状态的全控逆变，还可以工作在整流状态的PWM整流。
[0016]基于所述的整流部(3)和逆变部(5)的不同，控制部(10)具体的还包括了为全控逆变部(51)、逆变整流部(52)、交流变频励磁部(9)、PWM整流部(31)、整流逆变部(33)提供控制信号。
[0017]所述的储能部⑷包括有:DC/DC变换的电池组、超级电容、高能电容、电解电容、铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池中的一种或几种，连接关系为串联、并联、混联中的一种。优选的，在本实用新型中采用了大容量电容器进行直流母线滤波以及储能。
[0018]所述的负载/主发⑶包括有:电力负载(81)和主发电机(82)。具体的，当所述的无刷交流复合励磁无刷直流电机的运行控制系统仅用作发电运行向负载/主发(8)中电力负载(81)供电时，由于用电负载多采用三相四线线制。故输出变压器(7)采用三相四线线路连接负载/主发(8)中的电力负载(81)。具体的，当无刷交流复合励磁无刷直流电机的运行控制系统既要用作发电运行向为负载/主发⑶中主发电机(82)供电，又要用作电动运行使负载/主发(8)中主发电机(82)向无刷交流复合励磁无刷直流电机(I)供电时，由于主发电机(82)只需要采用三相线路，故输出变压器(7)采用三相线路连接负载/主发
(8)中的主发电机(82)。特别的，当主发电机采用永磁同步电机时，其特别适用于用作电动机运行，又可以作为发电机运行。
[0019]所述的正弦滤波器(6)为三相滤