專利名稱：一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于脈沖功率源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種脈沖發(fā)電機(jī)，尤其是一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
補償脈沖發(fā)電機(jī)是一種利用慣性儲能的脈沖功率源，利用電磁感應(yīng)和磁通壓縮原理降低發(fā)電機(jī)的電感，使其輸出高幅值的脈沖電流。該發(fā)電機(jī)集能量存儲、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和脈沖形成于一體，具有能量密度和功率密度高、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點。補償脈沖發(fā)電機(jī)根據(jù)補償方式可分為三類被動、選擇被動和主動。主動補償方式需要外部提供補償電流，被動補償形式利用鋁合金補償筒對電樞繞組實現(xiàn)全補償，此時電樞繞組電感保持恒定值， 輸出正弦電流波形，這兩類補償方式對功率的調(diào)制比較困難，選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)則利用補償繞組實現(xiàn)選擇式補償，電樞繞組電感做正弦變化?！兑环N補償脈沖發(fā)電機(jī)》(劉克富等、CN1253406A.2000年5月17日公開)對補償脈沖發(fā)電機(jī)進(jìn)行了介紹，但沒有提出有效的功率調(diào)制方法。現(xiàn)有被動補償脈沖發(fā)電機(jī)技術(shù)相比于選擇被動補償方式存在以下缺陷脈沖功率調(diào)制方法單一，只能通過增加電樞繞組相數(shù)或外接電容器實現(xiàn)輸出功率的調(diào)制；電源系統(tǒng)體積和重量大，外接電容器和增加繞組必然會增大電源系統(tǒng)的體積和質(zhì)量，降低能量密度和功率密度；應(yīng)用領(lǐng)域有限，由于功率調(diào)制困難，很難根據(jù)負(fù)載需求的變化進(jìn)行調(diào)整，真正使用時只能應(yīng)用到部分特定的領(lǐng)域中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法，該方法能夠解決補償脈沖發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)單一以及功率調(diào)制困難的問題，有效改善補償脈沖發(fā)電機(jī)的輸出性能，擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的該種選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法，是在轉(zhuǎn)子上安裝多組自閉合補償繞組，每組自閉合補償繞組之間按照定角度錯開，通過調(diào)整組間的相位差調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出脈沖功率；或者調(diào)整勵磁繞組和自閉合補償繞組間的相位差，實現(xiàn)脈沖功率的調(diào)節(jié)；或者利用一組自閉合補償繞組的不均勻分布，改變不均勻度實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)效果；或者安裝多相電樞繞組，調(diào)節(jié)電樞繞組相位調(diào)制脈沖功率；或者通過調(diào)整繞組同時放電的起始時間調(diào)節(jié)輸出脈沖功率。以上選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法具體包括以下步驟步驟一根據(jù)負(fù)載對脈沖功率幅值、波形、脈寬的需求，利用補償脈沖發(fā)電機(jī)仿真平臺，確定自閉合補償繞組和電樞繞組的形式和結(jié)構(gòu)，選取自閉合補償繞組和勵磁繞組間的夾角、自閉合補償繞組的組間夾角；步驟二 根據(jù)已有繞組形式，選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)；步驟三原動機(jī)拖動補償脈沖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；
步驟四外接勵磁機(jī)向電樞繞組提供勵磁電流；步驟五監(jiān)測被動補償脈沖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和空載電動勢，輸出控制信號，觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通，使選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)和負(fù)載接通；步驟六根據(jù)測出的電流和功率波形，結(jié)合仿真結(jié)果，改變控制開系統(tǒng)對開關(guān)的觸發(fā)時刻，對電流和功率進(jìn)行調(diào)制；步驟七對于多相電樞繞組并聯(lián)工作的形式，改變每相電樞繞組控制開關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通時刻，實現(xiàn)脈沖功率調(diào)制；步驟八重復(fù)步驟六、七，直至調(diào)制出的功率滿足負(fù)載的需求。本發(fā)明采用外部恒流源實現(xiàn)勵磁，發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行過程中，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在氣隙電樞繞組中感應(yīng)出正弦變化的空載電動勢，當(dāng)電樞繞組接通負(fù)載時，電樞繞組中流過脈沖電流，脈沖電流在發(fā)電機(jī)內(nèi)部激勵出變化的磁場，該磁場必然穿過固定于轉(zhuǎn)子外表面的自閉合補償繞組，補償繞組包圍的磁通變化時，就在繞組內(nèi)感應(yīng)出電流以抵消磁通的變化，電樞繞組內(nèi)感應(yīng)出的渦流會將電樞繞組電流產(chǎn)生的磁場壓縮在定、轉(zhuǎn)子間的氣隙內(nèi)，從而有效增大磁路，提高磁阻，最終降低電樞繞組的電感。由于補償繞組安裝在轉(zhuǎn)子外表面，對電樞繞組的補償效果隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而做正弦變化，當(dāng)電樞繞組和補償繞組各自圍成的平面重合時，補償效果最好，兩個平面相互垂直時補償效果最差。因此，選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)可以通過控制補償繞組和電樞繞組自身的結(jié)構(gòu)和相互配合，實現(xiàn)功率調(diào)制的目的。


圖I是選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)前視圖；圖2是圖I的A-A剖視圖；圖3是本發(fā)明所述功率調(diào)制方法實施方法一的等效電路圖；圖4是本發(fā)明所述功率調(diào)制方法實施方法二的等效電路圖；圖5是無相位差兩相電樞繞組的布線圖；圖6是選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)部分功率調(diào)方法的調(diào)制規(guī)律(a)為補償和勵磁繞組相位差δ的調(diào)制規(guī)律；(b)補償繞組組間相位差Y的調(diào)制規(guī)律。其中1為機(jī)殼；2為定子；3為電樞繞組；4為補償繞組；5為勵磁繞組；6為實心轉(zhuǎn)子；7為轉(zhuǎn)軸。
具體實施例方式參見圖I和圖2，本發(fā)明所調(diào)制的選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)，由轉(zhuǎn)軸7、轉(zhuǎn)子6、勵磁繞組5、自閉合補償繞組4、電樞繞組3、無槽定子2、機(jī)殼I、前后端蓋以及電刷和集電環(huán)組成。勵磁繞組5安裝在轉(zhuǎn)子槽中實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)勵磁，轉(zhuǎn)子槽為對稱開設(shè)在轉(zhuǎn)子7外周面上的軸向槽。自閉合補償繞組4通過環(huán)氧澆注固定在轉(zhuǎn)子6的外表面。電樞繞組3固定在無槽定子2的內(nèi)表面；定子2固定于機(jī)殼I內(nèi)部，前后端蓋安裝在機(jī)殼I兩端，轉(zhuǎn)軸7穿過轉(zhuǎn)子6和端蓋軸心，起到支撐作用；同時在轉(zhuǎn)軸7端安裝電刷和集電環(huán)，將外部勵磁機(jī)提供的勵磁電流引入勵磁繞組5。本發(fā)明對上述選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法可以通過以下五種方式實現(xiàn)在轉(zhuǎn)子6上安裝多組自閉合補償繞組4，每組自閉合補償繞組4之間按照定角度錯開，通過調(diào)整組間的相位差調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出脈沖功率；或者調(diào)整勵磁繞組5和自閉合補償繞組4間的相位差，實現(xiàn)脈沖功率的調(diào)節(jié)；或者利用一組自閉合補償繞組4的不均勻分布，改變不均勻度實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)效果；或者安裝多相電樞繞組3，調(diào)節(jié)電樞繞組3相位調(diào)制脈沖功率；或者通過調(diào)整繞組同時放電的起始時間調(diào)節(jié)輸出脈沖功率。其具體包括以下步驟步驟一根據(jù)負(fù)載對脈沖功率幅值、波形、脈寬的需求，利用補償脈沖發(fā)電機(jī)仿真平臺，確定自閉合補償繞組4和電樞繞組3的形式和結(jié)構(gòu)，選取自閉合補償繞組4和勵磁繞組5間的夾角、自閉合補償繞組4 的組間夾角；步驟二 根據(jù)已有繞組形式和形式，選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)；步驟三原動機(jī)拖動補償脈沖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；步驟四外接勵磁機(jī)向電樞繞組3提供勵磁電流；步驟五監(jiān)測被動補償脈沖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和空載電動勢，輸出控制信號，觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通，使選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)和負(fù)載接通；步驟六根據(jù)測出的電流和功率波形，結(jié)合仿真結(jié)果，改變控制開系統(tǒng)對開關(guān)的觸發(fā)時刻，對電流和功率進(jìn)行調(diào)制；步驟七對于多相電樞繞組3并聯(lián)工作的形式，改變每相電樞繞組3控制開關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通時刻，實現(xiàn)脈沖功率調(diào)制；步驟八重復(fù)步驟六、七，直至調(diào)制出的功率滿足負(fù)載的需求。圖6是補償繞組和勵磁繞組相位差5以及多組補償繞組組間相位差Y對選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)輸出功率的調(diào)制規(guī)律當(dāng)增大補償繞組和勵磁繞組相位差S時，可以顯著抬高輸出功率的前一個峰值，降低后一個功率峰值；減小多組補償繞組組間相位差Y時，輸出功率的強(qiáng)一個峰值和波谷處的功率值都提高了，后一個功率峰值有明顯下降。因此，本發(fā)明所述的選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)及其功率調(diào)制方法是可行的。相比于被動補償脈沖發(fā)電機(jī)和只有一組補償繞組的選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)，本發(fā)明所述的功率調(diào)制方法可以對補償脈沖發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行靈活調(diào)制，根據(jù)不同的負(fù)載需求任意改變輸出脈沖功率波形，擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。以下列出幾種具體實施方法對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明具體實施方法一結(jié)合圖I、圖2、圖5和圖6對該實施方法進(jìn)行說明。圖6中選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)由機(jī)殼I、定子2、電樞繞組3、補償繞組4、實心轉(zhuǎn)子6、勵磁繞組5和轉(zhuǎn)軸7組成。轉(zhuǎn)軸7和外接原動機(jī)連接，勵磁繞組5的勵磁電流由外部勵磁機(jī)供給。原動機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸7使轉(zhuǎn)子6、勵磁繞組5、補償繞組4旋轉(zhuǎn)直至額定轉(zhuǎn)速，勵磁繞組5中流過恒定勵磁電流,因此會在電樞繞組3中感應(yīng)出空載電動勢，電樞繞組3的接線方式如附圖6所示。結(jié)合附圖3，以理想交流電壓源VO代替電樞繞組3感應(yīng)出的空載電動勢，當(dāng)電樞繞組3的輸出端和非線性電阻負(fù)載R2接通時，理想交流電壓源VO對電阻負(fù)載R2進(jìn)行脈沖放電，此時電樞繞組3中流過脈沖電流；兩組補償繞組4分別用電阻R3、R4和電樞繞組自感L2、L3構(gòu)成的閉合回路代替，電樞繞組3的自感LI和電阻Rl也包含在電路中；由于兩組補償繞組4隨轉(zhuǎn)子6 —起旋轉(zhuǎn)，所以補償繞組4和電樞繞組3之間的互感M2、M3做正弦變化，但兩組補償繞組4的組間互感Ml只和組間相位差Y有關(guān)。流過電樞電流3的脈沖電流通過互感M2、M3的作用在補償繞組4中感應(yīng)出渦流，該渦流又反向抵消電樞電流產(chǎn)生的磁場，當(dāng)理想交流電壓源VO某時刻的幅值較低時，但此時補償效果好，所以電樞繞組3的電感較低，造成輸出的電流幅值會較高；當(dāng)理想電壓源VO某時刻的幅值較高時，但補償繞組4的補償效果較差，電樞繞組3的電感較高，此時輸出的電流幅值反而會低。由此可見，調(diào)節(jié)補償繞組4對電樞繞組3的補償效果可以對電流和功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。補償繞組4和勵磁繞組5之間相位差為δ，兩組補償繞組4之間的相位差為Y。通過調(diào)整角度δ可以在一定程度上調(diào)節(jié)補償繞組4對電樞繞組3的補償效果，實現(xiàn)對輸出脈沖功率的調(diào)制作用；另外，改變補償繞組4的組件夾角Y可以實現(xiàn)兩組補償繞組 4對電樞繞組3不同的補償效果，調(diào)整該角度同樣調(diào)制脈沖功率。因此，根據(jù)角度δ和γ對脈沖功率的作用規(guī)律，進(jìn)行配合調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)對選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)輸出功率的靈活調(diào)制。具體實施方法二結(jié)合圖I、圖2和圖4對本實施方法進(jìn)行說明，該方法和實施方法一區(qū)別在于電樞繞組3采用了兩相結(jié)構(gòu)。如圖4所示，補償繞組4對兩相電樞繞組3都可以實現(xiàn)補償，理想交流電壓源V2和V3分別表示兩相電樞繞組3的空載電動勢；補償繞組4和第一相電樞繞組3的互感Μ4隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)做正弦變化，補償繞組4和第二相電樞繞組3的互感Μ5也做正弦變化，但和互感Μ4之間存在相位差Θ，該相位差對應(yīng)著兩相電樞繞組3的相位差；兩相電樞繞組3之間的互感Μ6由相位差Θ決定。選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的兩相電樞繞組3并聯(lián)工作，與非線性負(fù)載R5接通后，對負(fù)載脈沖放電，流過電樞繞組3的脈沖電流由于互感Μ4、Μ5的作用在補償繞組4中感應(yīng)出渦流，該渦流又反向抵消電樞電流產(chǎn)生的磁場，從而實現(xiàn)補償。由于補償繞組4對兩相電樞繞組3的補償效果不同，所以流過各自回路的電流也不相同，通過調(diào)節(jié)電樞繞組3的相位差Θ，改變電樞電流，進(jìn)而影響兩相疊加的電流，gp流過負(fù)載的電流，最終實現(xiàn)脈沖功率的調(diào)制。具體實施方法三本實施方法結(jié)合以上兩種方法，補償繞組4采用多組形式，電樞繞組3通用采用多相結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整多組補償繞組4的組間相位差Y、多相電樞繞組3的相位差Θ、補償繞組4和勵磁繞組5的相位差δ、電樞繞組3控制開關(guān)SI的接通時刻對選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)輸出的功率進(jìn)行調(diào)制。具體實施方法四本實施方法結(jié)合附圖I、圖2、圖3和圖4對功率調(diào)制方法進(jìn)行說明。選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)采用兩組補償繞組4和兩相電樞繞組3的繞組結(jié)構(gòu)，兩相電樞繞組3并聯(lián)工作，其中一相由開關(guān)SI控制，電樞繞組3和非線性電阻負(fù)載R5聯(lián)接。勵磁繞組5中的勵磁電流由外部勵磁機(jī)供給，轉(zhuǎn)軸7由原動機(jī)拖動。實現(xiàn)功率調(diào)制的步驟如下步驟一根據(jù)負(fù)載需求，確定脈沖電流和功率的幅值、波形以及脈寬。并以此為依據(jù)，利用仿真分析模型得到最符合負(fù)載需求的功率下，勵磁繞組5和補償繞組4之間的夾角δ、補償繞組4的組間相位差Y以及相應(yīng)的電樞繞組3結(jié)構(gòu)；步驟二 根據(jù)補償繞組4、電樞繞組3和負(fù)載需求，設(shè)計方案，研制相應(yīng)的選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)；步驟三原動機(jī)通過轉(zhuǎn)軸7拖動轉(zhuǎn)子6、勵磁繞組5、補償繞組4旋轉(zhuǎn)直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；
步驟四外接勵磁機(jī)向勵磁繞組5提供恒流勵磁；步驟五控制系統(tǒng)監(jiān)測補償脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電樞繞組3感應(yīng)出的空載電動勢，輸出控制信號，觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通，使選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)和負(fù)載接通；步驟六根據(jù)測出的電流和功率波形，結(jié)合以后的仿真結(jié)果，改變控制開系統(tǒng)對開關(guān)的觸發(fā)時刻，對電流和功率進(jìn)行調(diào)制；
步驟七對于多相電樞繞組3并聯(lián)工作的形式，改變每相電樞繞組3控制開關(guān)SI的觸發(fā)導(dǎo)通時刻，同樣可以實現(xiàn)脈沖功率調(diào)制；步驟八重復(fù)步驟六、七，直至調(diào)制出的功率滿足負(fù)載的需求。對脈沖功率的調(diào)制并不僅限于此，可以利用各種方法的配合工作實現(xiàn)。依據(jù)本實施方案，可以按照不同的負(fù)載需求設(shè)定對補償脈沖發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)制，并最終使負(fù)載工作在最優(yōu)狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法，其特征在于在轉(zhuǎn)子(6)上安裝多組自閉合補償繞組(4)，每組自閉合補償繞組(4)之間按照定角度錯開，通過調(diào)整組間的相位差調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出脈沖功率；或者調(diào)整勵磁繞組(5)和自閉合補償繞組(4)間的相位差，實現(xiàn)脈沖功率的調(diào)節(jié)；或者利用一組自閉合補償繞組(4)的不均勻分布，改變不均勻度實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)效果；或者安裝多相電樞繞組(3)，調(diào)節(jié)電樞繞組(3)相位調(diào)制脈沖功率；或者通過調(diào)整繞組同時放電的起始時間調(diào)節(jié)輸出脈沖功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法，其特征在于，具體包括以下步驟 步驟一根據(jù)負(fù)載對脈沖功率幅值、波形、脈寬的需求，利用補償脈沖發(fā)電機(jī)仿真平臺，確定自閉合補償繞組(4)和電樞繞組(3)的形式和結(jié)構(gòu)，選取自閉合補償繞組(4)和勵磁繞 組(5)間的夾角、自閉合補償繞組(4)的組間夾角； 步驟二 根據(jù)已有繞組形式，選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)； 步驟三原動機(jī)拖動補償脈沖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速； 步驟四外接勵磁機(jī)向電樞繞組(3)提供勵磁電流； 步驟五監(jiān)測被動補償脈沖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和空載電動勢，輸出控制信號，觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通，使選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)和負(fù)載接通； 步驟六根據(jù)測出的電流和功率波形，結(jié)合仿真結(jié)果，改變控制開系統(tǒng)對開關(guān)的觸發(fā)時亥IJ，對電流和功率進(jìn)行調(diào)制； 步驟七對于多相電樞繞組(3)并聯(lián)工作的形式，改變每相電樞繞組(3)控制開關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通時刻，實現(xiàn)脈沖功率調(diào)制； 步驟八重復(fù)步驟六、七，直至調(diào)制出的功率滿足負(fù)載的需求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機(jī)的功率調(diào)制方法，其是在轉(zhuǎn)子上安裝多組自閉合補償繞組，每組自閉合補償繞組之間按照定角度錯開，通過調(diào)整組間的相位差調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出脈沖功率；或者調(diào)整勵磁繞組和自閉合補償繞組間的相位差，實現(xiàn)脈沖功率的調(diào)節(jié)；或者利用一組自閉合補償繞組的不均勻分布，改變不均勻度實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)效果；或者安裝多相電樞繞組，調(diào)節(jié)電樞繞組相位調(diào)制脈沖功率；或者通過調(diào)整繞組同時放電的起始時間調(diào)節(jié)輸出脈沖功率。該方法能夠解決補償脈沖發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)單一以及功率調(diào)制困難的問題，有效改善補償脈沖發(fā)電機(jī)的輸出性能，擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號H02K3/04GK102739009SQ20121018269
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者于映坤, 呂麗, 婁建勇, 晏小卉, 李江濤, 王蓓 申請人:西安交通大學(xué)