專利名稱：供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種存儲電能的系統(tǒng)，特別是一種用飛輪的發(fā)動機。
技術(shù)背景飛輪儲能電動/發(fā)電機裝置，應(yīng)用于需瞬時大功率負載供電場合，如陸用電網(wǎng)調(diào) 峰、大型門式起重機能量回收再利用、地鐵站能量回收再利用等等，該電動/發(fā)電機裝置 具有三相繞組結(jié)構(gòu)的電動/發(fā)電機，該三相繞組電動/發(fā)電機的軸端連接有一可存儲能量 的飛輪組件，該三相繞組還通過雙向開關(guān)連接有三相全控整流器，該三相全控整流器經(jīng)三 相逆變器連接有負載，構(gòu)成一飛輪儲能電動/發(fā)電機裝置，上述三相繞組結(jié)構(gòu)電機雖然結(jié) 構(gòu)簡單，但其可靠性較低，如三相繞組中有一繞組出現(xiàn)故障，整個裝置將無法運行，這種現(xiàn) 象在一些應(yīng)急的負載場合，可能釀成嚴重后果，裝置中的整流器件均是采用大功率可控硅 (IGBT)，在大功率領(lǐng)域，功率器件的價格同容量之間為指數(shù)型關(guān)系，隨著單管所需容量的增 加，其價格急劇升高，可靠性降低，而這些大容量功率器件，全控IGBT器件價格非常昂貴， 一般是同容量不控型功率二極管價格的3倍以上
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種改進的供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機 裝置，它能提高飛輪儲能電機裝置的可靠性，并能降低整個功率變換系統(tǒng)的成本。本實用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置，包括有帶飛輪的電動/發(fā)電機、雙向開關(guān)、變頻 驅(qū)動單元、三相整流器和三相逆變器，其特點是電動/發(fā)電機的定子繞組是一組相互獨立 的Y繞組，所述的定子繞組具有一 Y繞組為可逆繞組，該定子繞組的其余Y繞組為第一和第 二發(fā)電繞組，該可逆繞組經(jīng)雙向開關(guān)分別連接有變頻驅(qū)動單元的第一三相逆變器或第一三 相整流器，該第一、第二發(fā)電繞組分別對應(yīng)連接有第二、第三三相整流器，電動狀態(tài)電源經(jīng) 變頻驅(qū)動單元的第四三相整流器和第一三相逆變器及雙向開關(guān)接通可逆繞組，電機帶動飛 輪高速旋轉(zhuǎn)儲能，發(fā)電狀態(tài)飛輪釋放能量，定子繞組的各Y繞組同時作發(fā)電運行，并經(jīng)各獨 立的第一、第二和第三整流器和第二三相逆變器作瞬時大功率輸出，形成供電結(jié)構(gòu)可變裝 置。本實用新型的電動/發(fā)電機定子繞組是相互獨立的Y繞組，如其中某相繞組出現(xiàn) 故障，整個裝置仍可降額運行，明顯提高裝置的可靠性，本實用新型在電動狀態(tài)時，僅可逆 繞組工作，多相電機以三相電機運行，其功率總?cè)萘看蠼担冾l驅(qū)動單元各組成容量減小， 可降低設(shè)備成本，電機定子繞組均為獨立Y繞組，和其連接的整流器件均采用功率二極管， 和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較，裝置的總體價格會大大降低，具有極佳的經(jīng)濟效益。

圖1是本實用新型供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置示意圖。[0008]圖2是圖1三相整流器電路原理圖。圖3是圖1中三相逆變器電路原理圖。
具體實施方式
參照圖1，供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置，包括有電動/發(fā)電機的定子繞組1、雙 向開關(guān)2、變頻驅(qū)動單元3、三相整流器4、平波電容5和三相逆變器6。電動/發(fā)電機的定子繞組1是由一組(為η個)相互獨立的Y繞組構(gòu)成，其中一 套Y繞組為可逆繞組11，該可逆繞組11連接有雙向開關(guān)2，其余(即η-1套Y繞組)為發(fā) 電繞組，如圖1中所示第一發(fā)電繞組12、第二發(fā)電繞組13……，其中第一發(fā)電繞組12連接 有第二三相整流器42，第二發(fā)電繞組13連接有第三三相整流器43，當η > 3時，各發(fā)電繞 組和三相整流器的連接可依次類推；電動/發(fā)電機除上述結(jié)構(gòu)特點以外，和現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)基本相似，在其轉(zhuǎn)子的軸 伸上安裝有飛輪組件，當電動/發(fā)電機處于電動工作狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，飛輪 將儲存大量功能可供瞬時大功率輸出所需。雙向開關(guān)2，其結(jié)構(gòu)和功能與現(xiàn)有技術(shù)相似，該雙向開關(guān)2的一端連接定子繞組1 的可逆繞組11，另一端連接變頻驅(qū)動單元3 (電動運行狀態(tài))圖1示A位或三相整流器4的 第一三相整流器41圖1示B位(發(fā)電運行狀態(tài))。變頻驅(qū)動單元3的結(jié)構(gòu)基本和現(xiàn)有技術(shù)相似，包括有三相整流器4的第四三相整 流器44、第一平波電容51和三相逆變器6的第一三相逆變器61 ；其中第四三相整流器44 為不控整流式整流器，如圖2所示，各整流器件為功率二極管，當需要快速調(diào)整第一平波電 容51的電壓時，可采用晶閘管代替功率二極管，由于功率二極管價格僅為同等容量全控器 件IGBT的1/3，因此，本實用新型采用的技術(shù)措施可大幅降低裝置成本；一平波電容5的第 一平波電容51并聯(lián)在第四三相整流器44的輸出端，該輸出端聯(lián)接有一三相逆變器6的第 一三相逆變器61 ；第一三相逆變器61的電路原理圖如圖3，是采用經(jīng)典的兩點平IGBT全控 橋，當容量較大或?qū)χC波要求較為嚴格時，可采用三電平結(jié)構(gòu)，由于電動/發(fā)電機在電動狀 態(tài)時，僅可逆繞組11工作，其他η-1套繞組空載，多相電機作為三相電機運行，其總功率降 為總?cè)萘康?/η，相應(yīng)第一三相逆變器61的IGBT容量僅需要傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1/η，因而能進一 步降低裝置成本。三相整流器4，如圖1、2所示，包括有第一、第二、第三和第四三相整流器41、42、 43、44，各三相整流器的結(jié)構(gòu)和功能均和上述第四三相整流器44相同或相似；其中第一三 相整流器41的輸入端和雙向開關(guān)2的一端連接，當該端閉合時，第一三相整流器41和定子 繞組1的可逆繞組11連接，電動/發(fā)電機處于發(fā)電運行狀態(tài)，第一三相整流器41的輸出端 和裝置的輸出總線連接；第二三相整流器42，其輸入端和定子繞組1的第一發(fā)電繞組連接， 其輸出端和裝置輸出總線連接；第三三相整流器43，其輸入端和定子繞組1的第2發(fā)電繞 組連接，其輸出端和裝置輸出總線連接；當定子繞組1的組成為η個相互獨立的Y繞組時， 即有η-1個發(fā)電繞組和對應(yīng)的三相整流器連接。平波電容5，如圖1所示，包括有第一平波電容51和第二平波電容52，其結(jié)構(gòu)與功 能和現(xiàn)有技術(shù)相同或相似，第一平波電容51并聯(lián)于第四整流器44的輸出端，用于第四整流 器44的直流電濾波后輸入三相逆變器6的第一三相逆變器61，第二平波電容52并聯(lián)于第二三相逆變器62的輸入端，用于連接定子繞組1各繞組的整流器的直流電濾波后輸入三相 逆變器6的第二三相逆變器62。三相逆變器6，如圖1、3所示，包括有第一三相逆變器61和第二三相逆變器62，二 者結(jié)構(gòu)和功能相同或相似，第一三相逆變器61輸入端連接第四三相整流器44，其輸出端連 接雙向開關(guān)2，第二三相逆變器62輸入端連接于裝置輸出總線，其輸出端連接負載。供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置運行時電動狀態(tài)——電源網(wǎng)電力經(jīng)變頻驅(qū)動單元3的第四三相整流器44轉(zhuǎn)化為直流電， 經(jīng)平波電容5的第一平波電容51濾波，然后經(jīng)三相逆變器6的第一三相逆變器61轉(zhuǎn)化為 變頻的交流電，隨之向電動/發(fā)電機的定子繞組1的可逆繞組11供電，電機高速旋轉(zhuǎn)并帶 動其轉(zhuǎn)子軸伸上的飛輪高速旋轉(zhuǎn)，飛輪可儲存大量動能以供瞬時大功率輸出所需。發(fā)電狀態(tài)——電動/發(fā)動機在飛輪驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，雙向開關(guān)2接通可逆繞組11 和第一三相整流器41，全部(η套)Y繞組產(chǎn)生的變頻率交流電，經(jīng)對應(yīng)的各三相整流器(如 第一、第二、第三……第η三相整流器)輸出至同一直流總線，經(jīng)平波電容5的第二平波電 容52濾波，然后經(jīng)三相逆變器6的第二三相逆變器62轉(zhuǎn)化為大功率的交流電能輸出。
權(quán)利要求1.一種供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置，包括有帶飛輪的電動/發(fā)電機、雙向開關(guān)、變 頻驅(qū)動單元、三相整流器和三相逆變器，其特征在于電動/發(fā)電機的定子繞組(1)是一組 相互獨立的Y繞組，所述的定子繞組(1)具有一 Y繞組為可逆繞組(11)，該定子繞組(1)的 其余Y繞組為第一和第二發(fā)電繞組(12、12’)，該可逆繞組(11)經(jīng)雙向開關(guān)(2)分別連接有 變頻驅(qū)動單元(3)的三相逆變器(61)或第一三相整流器(41)，該第一、第二發(fā)電繞組(12、 12’)分別對應(yīng)連接有第一、第三三相整流器(42、43)，電動狀態(tài)電源經(jīng)變頻驅(qū)動單元(3)的 第四三相整流器(44)和第一三相逆變器(61)及雙向開關(guān)(2)接通可逆繞組(11)，電機帶 動飛輪高速旋轉(zhuǎn)儲能，發(fā)電狀態(tài)飛輪釋放能量，定子繞組(1)的各Y繞組同時作發(fā)電運行， 并經(jīng)各相互獨立的第一、第二和第三整流器(41、42、43)和第二三相逆變器(62)作瞬時大 功率輸出，形成供電結(jié)構(gòu)可變裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置，其特征是第一、第二、第三 和第四整流器(41、42、43、44)為不控整流式整流器，各整流器件為功率二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置，其特征是第一和第二逆變 器(61、62)為兩電平可控硅全控橋或三電平結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲能電機裝置，主要解決提高裝置可靠性與降低成本等技術(shù)問題，其采用技術(shù)方案是電機的定子繞組是一組獨立的Y繞組，其中一Y繞組為可逆繞組，其余Y繞組為第一、第二發(fā)電繞組，該可逆繞組經(jīng)雙向開關(guān)分別連接有變頻驅(qū)動單元或第一三相整流器，該第一、第二發(fā)電繞組分別對應(yīng)連接有第二、第三三相整流器，電動時，電源經(jīng)變頻驅(qū)動單元和雙向開關(guān)接通可逆繞組，電機帶動飛輪旋轉(zhuǎn)儲能，發(fā)電時，飛輪釋放能量，各Y繞組同時作發(fā)電運作，并經(jīng)整流和逆變作瞬時大功率輸出，適用各式用飛輪儲能的電機裝置。
文檔編號H02K47/20GK201869080SQ20102065389
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者劉莉飛, 張希, 楊帆, 楊平西, 畢劉新, 陳次祥, 陳琳 申請人:中國船舶重工集團公司第七〇四研究所