[0008] 根据以上的背景技术，本发明就提出一种结构简单、能实现高励磁电压强化励磁、高反向电压快速降低发电电流、自动向蓄电池充电等的宽范围高适应性的开关磁阻发电机变流器拓扑及其控制方法。
[0009] 本发明的技术方案为：
[0010] 强励快退四相开关磁阻发电机变流器，由变流主电路(1)、起励电源(2)、强励快退主电路(3)、充电主电路(4)、母线二极管(Dm)、母线电容器(Cm)组成，其特征是，所述变流主电路(1)输入和输出两端共同连接所述起励电源(2)输出两端，同时也连接所述强励快退主电路(3)输入和输出两端，起励电源(2)的输入两端连接所述充电主电路(4)的输出两端，充电主电路(4)输入两端连接强励快退主电路(3)，所述母线二极管(Dm)串联于变流主电路(1)输出正极母线上，母线二极管(Dm)阳极连接变流主电路(1)输出正极端，母线二极管(Dm)阴极与变流主电路(1)输出负极端之间并联所述母线电容器(Cm)；
[0011] 开关磁阻发电机由四相绕组组成，变流主电路(1)由两套相同结构的变流支路并联连接组成，每套所述变流支路中连接有两相绕组，该两相绕组位于开关磁阻发电机定子相隔的磁极上；
[0012] 变流支路由第一二极管(D1/D4)、第二二极管(D2/D5)、第三二极管(D3/D6)、第一开关管(V1/V4)、第二开关管(V2/V5)、第三开关管(V3/V6)、第一相绕组(M/N)、第二相绕组(P/Q)组成，其特征是，所述第一二极管(D1/D4)阴极、所述第一开关管(V1/V4)阳极、所述第三二极管(D3/D6)阴极短接并作为变流主电路(1)的输入输出正极端，第一二极管(D1/D4)阳极与所述第二开关管(V2/V5)阳极和所述第一相绕组(M/N)一端连接，第一相绕组(M/N)另一端与所述第二二极管(D2/D5)阴极、所述第二相绕组(P/Q)一端以及第一开关管(V1/V4)阴极连接，第二相绕组(P/Q)另一端与所述第三开关管(V3/V6)阳极和第三二极管(D3/D6)阳极连接，第二开关管(V2/V5)阴极、第二二极管(D2/D5)阳极、第三开关管(V3/V6)阴极短接并作为变流主电路(1)的输入输出负极端；
[0013] 起励电源(2)由蓄电池(X)与起励二极管(D7)串联连接组成，其中所述蓄电池(X)正极连接所述起励二极管(D7)阳极，起励电源(2)的输入两端为蓄电池(X)正负极两端，起励二极管(D7)阴极作为起励电源(2)输出正极端，蓄电池(X)负极作为起励电源(2)输入输出负极端；
[0014] 强励快退主电路(3)由第一电容器(C1)、第二电容器(C2)、第四开关管(V7)、第五开关管(V8)、第四二极管(D8)、第五二极管(D9)、第六二极管(D10)组成，其特征是，所述第一电容器(C1)、所述第四二极管(D8)、所述第二电容器(C2)串联连接，第一电容器(C1)负极连接第四二极管(D8)阳极，并连接所述第四开关管(V7)阴极和所述第六二极管(D10)阴极，第四二极管(D8)阴极连接第二电容器(C2)正极，并连接第四开关管(V7)阳极和所述第五开关管(V8)阳极，第五开关管(V8)阴极连接所述第五二极管(D9)阳极，第一电容器(C1)正极和第五二极管(D9)阴极短接并作为强励快退主电路(3)输入输出正极端，第二电容器(C2)负极和第六二极管(D10)阳极短接并作为强励快退主电路(3)输入输出负极端；第一电容器(C1)容量大于第二电容器(C2)容量；
[0015] 充电主电路(4)由第三电容器(C3)、变压器(T)、第六开关管(V9)、第七二极管(D11)、第四电容器(C4)组成，其特征是，所述第三电容器(C3)正极连接所述变压器(T)一次绕组(a)一端并作为充电主电路(4)输入正极端连接第一电容器(C1)正极，变压器(T)一次绕组(a)另一端连接所述第六开关管(V9)阳极，第六开关管(V9)阴极与第三电容器(C3)负极连接并作为充电主电路(4)输入负极端连接第一电容器(C1)负极，变压器(T)二次绕组(b)与一次绕组(a)极性相反，变压器(T)二次绕组(b)一端连接所述第七二极管(D11)阳极，第七二极管(D11)阴极连接所述第四电容器(C4)正极并作为充电主电路(4)输出正极端，第四电容器(C4)负极连接变压器(T)二次绕组(b)另一端并作为充电主电路(4)输出负极端；
[0016] 强励快退四相开关磁阻发电机变流器的控制方法，其特征是：
[0017] 根据开关磁阻发电机工作原理，开关磁阻发电机起动时，由所述起励电源(2)的蓄电池(X)经由起励二极管(D7)提供励磁阶段所需电能，根据转子位置信息，当所述变流主电路(1)中某变流支路的第一相绕组(M/N)需工作励磁时，第一开关管(V1/V4)和第二开关管(V2/V5)闭合，进入励磁阶段，根据转子位置信息励磁阶段结束时，第一开关管(V1/V4)和第二开关管(V2/V5)关断，第一相绕组(M/N)的储能经由第一二极管(D1/D4)和第二二极管(D2/D5)输出，此为发电阶段，当第二相绕组(P/Q)需工作励磁时，第一开关管(V1/V4)和第三开关管(V3/V6)闭合进入励磁阶段，结束后第一开关管(V1/V4)和第三开关管(V3/V6)断开，第二相绕组(P/Q)的储能经由第三二极管(D3/D6)和第二二极管(D2/D5)输出进入发电阶段；在此起动期间，起励电源(2)同时经由第四二极管(D8)向所述强励快退主电路(3)的第一电容器(C1)和第二电容器(C2)充电，同时相绕组发电阶段输出的电能在经由母线二极管(Dm)向母线电容器(Cm)充电输出的同时也向第一电容器(C1)和第二电容器(C2)充电，待到第一电容器(C1)、第四二极管(D8)、第二电容器(C2)支路电压大于蓄电池(X)两端电压，起励电源(2)在起励二极管(D7)的作用下停止提供励磁电能，起动结束；
[0018] 起动结束后的运行中，各个相绕组的励磁阶段和发电阶段的变流主电路(1)控制方式与起动阶段相同，当出现励磁阶段结束时检测得到的绕组电流不能满足要求，即不能达到设定的上限值时，如为第一相绕组(M/N)，则仅关断第二开关管(V2/V5)，形成第一相绕组(M/N)---第一二极管(D1/D4)---第一开关管(V1/V4)---第一相绕组(M/N)的无反压电流回路，如为第二相绕组(P/Q)，则仅关断第三开关管(V3/V6)，形成第二相绕组(P/Q)---第三二极管(D3/D6)---第一开关管(V1/V4)---第二相绕组(P/Q)的无反压电流回路，绕组电流上升到上限值后再关断第一开关管(V1/V4)，或者限定的续流转子位置已到，关断第一开关管(V1/V4)；进入发电阶段；
[0019] 起动结束后运行中强励快退主电路(3)提供励磁阶段电能，分为三种工作模式：
[0020] 模式一，第四开关管(V7)闭合、第五开关管(V8)断开，第一电容器(C1)和第二电容器(C2)共同提供励磁电压；
[0021] 模式二，第四开关管(V7)断开、第五开关管(V8)闭合，由第二电容器(C2)经由第五开关管(V8)和第五二极管(D9)单独供电励磁；
[0022] 模式三，第四开关管(V7)和第五开关管(V8)都断开，由第一电容器(C1)经由第六二极管(D10)单独供电励磁；
[0023] 在相绕组的发电阶段结束时，强励快退主电路(3)提供快速减小相绕组电流的方案，即在发电阶段即将结束时，第四开关管(V7)闭合、第五开关管(V8)断开，相绕组承受的反压为第一电容器(C1)和第二电容器(C2)电压之和；
[0024] 起励电源(2)中的蓄电池(X)，当检测到低于容量下限时，通过对第六开关管(V9)的PWM开关控制，实现将第一电容器(C1)侧电能经由所述充电主电路(4)对蓄电池(X)充电，当第六开关管(V9)闭合时，因为变压器(T)两套绕组极性相反，第七二极管(D11)断态，变压器(T)一次绕组(a)电流增加，待第六开关管(V9)断开时，变压器(T)一次绕组(a)电流被切断，变压器(T)的磁能通过其二次绕组(b)经由第七二极管(D11)输出，向蓄电池(X)充电，通过调节第六开关管(V9)的PWM占空比，可调节充电主电路(4)的输出电压和电流。
[0025] 本发明的技术效果主要有：
[0026] (1)本发明的变流主电路(1)，相对传统不对称半桥主电路，减少了元件用量，同时也能增加续流阶段提高可控性，性价比更高。
[0027] (2)强励快退主电路(3)提供高、中、低三种模式的励磁电压，可适应更广泛的励磁发电范围及开关磁阻发电机转速范围，譬如变速风电领域及其更宽的速度范围；同时尤其是强励即模式一的方式下，可更快速的实现励磁电流的上升，更快的实现发电阶段起始大电流，提高了系统的发电能力。
[0028] (3)强励快退主电路(3)中同样元器件，既可以实现强励，利用第一电容器(C1)和第二电容器(C2)叠加反向电压给绕组也能实现发电阶段结束时的快速退出，简化了结构；快速退出可以无需提前控制发电电流开始降低，拓宽了发电区域面积即发电功率得以更大，提高了发电能力；同时快速退出期间还能向第一电容器(C1)和第二电容器(C2)中充电，为后续强励的需要做准备。
[0029] (4)充电主电路(4)的设置，无需人为定期检查蓄电池(X)容量，更换蓄电池(X)作业等，减少了人工成本。
[0030] (5)本发明的充电主电路(4)可调性强，可调范围宽，从而可满足蓄电池(X)不同充电阶段、不同充电速度要求下的可靠、安全充电，有利于延长蓄电池(X)寿命，节约成本。
[0031] (6)母线二极管(Dm)的设置，防止已发出的电能出现回流的情况，事实上本发明结构及其控制方式下，足以实现发电侧自动、智能化的宽范围运作，也无需发电输出侧反馈电能，提高了系统的效率和效益。
