发明内容
[0011] 根据以上的背景技术，本发明就提出了一种非开关自然强励及可变励磁电压、可变励磁电流、可变励磁充电电压、可变发电电压、直接高发电电压输出、自动充电并且可反向可调式馈能的高效率低应力高可靠性的开关磁阻发电机变流系统及其控制方法，适用于各类动力驱动下变速恒速开关磁阻发电机系统领域应用。
[0012] 本发明的技术方案为：
[0013] 一种变励磁双馈开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：蓄电池、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组、第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第十电容器、第十一电容器、第一耦合电抗器一次侧绕组、第一耦合电抗器二次侧绕组、第二耦合电抗器一次侧绕组、第二耦合电抗器二次侧绕组、第三电抗器、第四电抗器、第五电抗器、双向直流隔离变压器，所述蓄电池正极连接所述第一开关管阳极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第四电抗器一端、所述第五电抗器一端，第一开关管阴极连接所述第一相绕组第一支绕组一端、所述第一二极管阳极，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第二二极管阳极、所述第三二极管阳极，第一二极管阴极连接第二二极管阴极、所述第一相绕组第二支绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端、所述第四二极管阳极，第二相绕组第一支绕组另一端连接所述第五二极管阳极、所述第六二极管阳极，第四二极管阴极连接第五二极管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三相绕组第一支绕组一端、所述第七二极管阳极，第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第八二极管阳极、所述第九二极管阳极，第七二极管阴极连接第八二极管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端，第一相绕组第二支绕组另一端连接第三二极管阴极、第二相绕组第二支绕组另一端、第六二极管阴极、第三相绕组第二支绕组另一端、第九二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阳极，第四开关管阴极连接所述第五开关管阳极、所述第一电容器一端、所述第二电容器一端，第五开关管阴极连接蓄电池负极、所述第十一二极管阴极、所述第十二开关管阴极、所述第十三开关管阴极，第十二极管阴极连接第一电容器另一端、所述第一耦合电抗器一次侧绕组同名端、所述第二耦合电抗器一次侧绕组同名端，第一耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第六开关管阳极、所述第十四二极管阳极、所述第七电容器一端、所述第八电容器一端，第二耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第七开关管阳极、所述第五电容器一端、所述第六电容器一端，第六开关管阴极连接第七开关管阴极、第十一二极管阳极、第二电容器另一端、所述第十五二极管阴极，第十四二极管阴极连接第五电容器另一端、所述第十七二极管阳极，第六电容器另一端连接第十五二极管阳极、所述第十六二极管阴极，第十六二极管阳极连接第七电容器另一端、所述双向直流隔离变压器输入负极端，第八电容器另一端连接第十七二极管阴极、所述第三电容器一端、所述第十二二极管阳极，第十二二极管阴极连接所述第十三二极管阳极、所述第一耦合电抗器二次侧绕组同名端，第三电容器另一端连接所述第四电容器一端、所述第二耦合电抗器二次侧绕组同名端，第一耦合电抗器二次侧绕组另一端连接第二耦合电抗器二次侧绕组另一端，第十三二极管阴极连接第四电容器另一端、双向直流隔离变压器输入正极端，双向直流隔离变压器输出正极端连接所述第九电容器一端、所述第八开关管阳极、所述第十开关管阳极，第九电容器另一端连接第十三开关管阳极、第五电抗器另一端、所述第十电容器一端，第八开关管阴极连接所述第九开关管阳极、所述第十一电容器一端，第十开关管阴极连接第十二开关管阳极、第四电抗器另一端、所述第十一开关管阳极、所述第三电抗器一端，第三电抗器另一端连接第十一电容器另一端，第十一开关管阴极连接第九开关管阴极、第十电容器另一端、双向直流隔离变压器输出负极端；
[0014] 第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组组成第一相绕组，第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组组成第二相绕组，第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组组成第三相绕组；第一耦合电抗器一次侧绕组、第一耦合电抗器二次侧绕组组成第一耦合电抗器，第二耦合电抗器一次侧绕组、第二耦合电抗器二次侧绕组组成第二耦合电抗器，第一耦合电抗器和第二耦合电抗器的结构相同、变比相等；第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管均为带有反并联二极管的全控型电力电子开关器件。
[0015] 一种变励磁双馈开关磁阻发电机变流系统的控制方法，其特征是，开关磁阻发电机运行中，根据转子位置信息，当第一相绕组需投入工作时，闭合第一开关管，进入励磁阶段，此时对第四开关管和第五开关管的控制分为三种模式，分别是：第四开关管与第五开关管同时闭合、第四开关管闭合第五开关管断开、第四开关管断开第五开关管闭合，通过调节第四开关管和第五开关管的三种模式的占比，调节励磁阶段第一相绕组励磁电流；根据转子位置信息，当励磁阶段结束时，第四开关管和第五开关管同时为断开状态，进入发电阶段；根据转子位置信息，待发电阶段结束时，断开第一开关管，第一相绕组工作结束；根据转子位置信息，第二相绕组、第三相绕组需投入工作时，第二开关管、第三开关管对应第一开关管，其余器件公用，与第一相绕组的工作模式相同；
[0016] 开关磁阻发电机运行中，第六开关管和第七开关管的工作模式为：第六开关管和第七开关管按照PWM模式工作，第六开关管和第七开关管开关频率相同，占空比相同并大于0.5，相位差180度，基于以上约束下通过调节第六开关管和第七开关管的占空比大小改变发电输出端电压，即第三电容器、第四电容器、第七电容器、第八电容器串联后的总电压；
[0017] 当检测到蓄电池电量低于下限值时，双向直流隔离变压器吸收来自发电输出端的电能正向向蓄电池充电工作，具体第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管按照PWM模式工作，第十二开关管、第十三开关管为断开状态，第十开关管和第十一开关管开关频率相同，占空比相同并且小于0.5，相位差180度，第八开关管作为第十一开关管关断时的零电流软开关器件闭合作用，第九开关管作为第十开关管关断时的零电流软开关器件闭合作用；当检测到蓄电池电流高于上限值时，充电所需全部开关管为断开状态，停止充电工作；
[0018] 当检测到发电输出端负载过大电压骤降并需要补充更多电能时，同时蓄电池电量高于下限值时，蓄电池电能反向向发电输出端馈能，在此期间，第十开关管和第十一开关管为断开状态，第八开关管、第九开关管、第十二开关管、第十三开关管按照PMW模式工作，第十二开关管和第十三开关管开关频率相同，占空比相同并且大于0.5，相位差180度，第八开关管作为第十三开关管关断时的零电流软开关器件闭合作用，第九开关管作为第十二开关管关断时的零电流软开关器件闭合作用；当检测到蓄电池电量低于下限值，或者发电输出侧电压恢复并无需馈能时，馈能所需全部开关管为断开状态，停止反向馈能工作。
[0019] 本发明的技术效果主要有：
[0020] 本发明的每相绕组分为两个支绕组，采用自然的并联励磁强化，串联发电输出的模式，过程中无需开关管，自然获得强化励磁和第一阶段高发电电压输出的双效果；各相绕组在励磁阶段，通过第四开关管和第五开关管的三种不同模式组合，并通过三种模式之间占比的调节，实现了连续平滑的调节相绕组中励磁电压和励磁电流的直接调节(其中第四开关管和第五开关管同时均全励磁时段闭合时为最强励磁电压和励磁电流)，极大的提高了发电系统的适应性、灵活性、可控性，对于系统的综合控制具有重大意义，同时第一电容器和第二电容器中的调节后的储能不浪费，可输出，也提高发电效率；在发电阶段，则实现了相绕组两个支绕组的自然串联，同时与蓄电池串联后再输出，即此时的发电电压依然明显高于输入电压即蓄电池电压，同时第一电容器和第二电容器此时也根据实际将多余电能与之并联输出，发电效率高；另外，在发电阶段结束时，由于直接关断第一开关管(第一相绕组，第二相绕组关断第二开关管，第三相绕组则是关断第三开关管)，不是自然使绕组电流降至零的方式，使得(第一)相绕组电流被强制关断，确保了进入开关磁阻发电机定转子间正向转矩即电动工况前使得电流降至零，提高了发电效率。
[0021] 第六开关管和第七开关管的交替交错开关工作模式下，首先使得第一电容器和第二电容器串联后的两侧电流脉动小，使得前述励磁和发电阶段较为稳定；第一耦合电抗器和第二耦合电抗器的一次侧绕组并联，然后它们的二次侧绕组串联，输出后获得高电压输出给第三电容器和第四电容器并串联，可通过改变它们的变比实现电压的抬升大小调节；两个分别由第五电容器、第十四二极管，以及第六电容器、第十五二极管组成的辅助无源钳位电路的作用，除对第六开关管和第七开关管的保护，吸收尖棱电能及两个耦合电抗器漏感磁能等均可释放出去至第七电容器和第八电容器，电能利用率高，则发电效率高，加之第六开关管、第七开关管与第三电容器和第四电容器的串联，从而进一步又提升总输出发电电压，同时可通过调节第六开关管和第七开关管的占空比实现连续的不同发电电压输出，至此，相对输入侧即蓄电池两侧电压，此时第三电容器、第四电容器、第七电容器、第八电容器串联组成的输出发电电压应能获得远高于蓄电池电压10余倍以上的电压值，并且多极连续可调，实现了宽范围的发电电压变化输出，具有重要的意义；另外，相对最终的高发电电压值，如上工作中各个开关管和二极管的电压应力则远低于它。
[0022] 通过调节第十开关管和第十一开关管的PWM开关占空比，可调节给蓄电池的充电电压和电流，以满足其最佳充电需求，适应性强；在蓄电池反向馈能时，首先此时形成了与开关磁阻发电机相绕组发电输出一起共同实现即双馈能输出模式，本身就具有重大意义，适应性极强，另外，通过调节第十二开关管和第十三开关管的PWM开关占空比，即可调节其反向馈能输出即给发电输出端的电压和电流，以满足系统需要，同样具有极强的适应性和灵活性，再考虑到如上所述最终的发电输出电压在相绕组放电输出期间也可以主动调节，这就为系统的性能提升、进一步发展提供了重要的多变量基础；另外，通过蓄电池充电和反向馈能工作时所需的第十一电容器和第三电抗器支路的谐振辅助及第八开关管和第九开关管为其余开关管的零电流软关断作业，提升了这部分的可靠性并降低了损耗；最后，蓄电池的被充电和反向馈能作业，均是在极端情况所需时才投入工作，从而降低了运行时总体系统的复杂度，提高了效率。
