自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器，由四个相绕组电路、整流输出电路、励磁与充电电路组成；每相绕组的两个支绕组处于不同回路中，实现了同一绕组不同分支绕组差异化励磁和发电输出串联升压的综合技术；又通过利用同一电路结构使得相邻不同相绕组交替反向输出，解决了开关磁阻发电机不能直接输出交流电的问题，省去了交流负载所需逆变环节；实现了通过调节相绕组电路输出侧开关管来调节输出电压及功率，即发电电压可调；励磁与充电电路提供所需励磁电压的同时可给予蓄电池自动充电的双功能；因此，整个变换器结构简单功能多样、智能化程度高，适合于各类变速风电或高速运行的开关磁阻电机系统领域。
1.自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器，由第一相绕组电路、第二相绕组电路、第三相绕组电路、第四相绕组电路、整流输出电路、励磁与充电电路组成，其技术特征是，所述第一相绕组电路、所述第二相绕组电路、所述第三相绕组电路、所述第四相绕组电路输入端并联连接，输出端均连接所述整流输出电路输入端，整流输出电路输出端连接所述励磁与充电电路输入端，励磁与充电电路输出端连接各个相绕组电路输入端；
第一相绕组电路由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组、第一电容器、第二电容器、第一二极管组成，所述第一开关管阳极作为第一相绕组电路输入正极端与励磁与充电电路输出正极端、第二相绕组电路输入正极端、第三相绕组电路输入正极端、第四相绕组电路输入正极端连接，第一开关管阴极连接所述第一相绕组第一支绕组一端，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第二开关管阳极、所述第一电容器正极、所述第三开关管阳极，第一电容器负极连接所述第一相绕组第二支绕组一端、所述第一二极管阳极，第一二极管阴极连接所述第四开关管阳极、所述第二电容器正极，第二开关管阴极、第一相绕组第二支绕组另一端、第二电容器负极连接并作为第一相绕组电路输入负极端，并与励磁与充电电路输出负极端、第二相绕组电路输入负极端、第三相绕组电路输入负极端、第四相绕组电路输入负极端连接；
第二相绕组电路由第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组、第三电容器、第四电容器、第二二极管组成，所述第五开关管阳极作为第二相绕组电路输入正极端，所述第六开关管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端、所述第四电容器负极连接并作为第二相绕组电路输入负极端，第五开关管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端，第二相绕组第一支绕组另一端连接第六开关管阳极、所述第三电容器正极、所述第七开关管阳极，第三电容器负极连接所述第二二极管阳极、第二相绕组第二支绕组另一端，第二二极管阴极连接所述第八开关管阳极、第四电容器正极；
第三相绕组电路由第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第五电容器、第六电容器、第三二极管组成，所述第九开关管阳极作为第三相绕组电路输入正极端，所述第十开关管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端、所述第六电容器负极连接并作为第三相绕组电路输入负极端，第九开关管阴极连接所述第三相绕组第一支绕组一端，第三相绕组第一支绕组另一端连接第十开关管阳极、所述第五电容器正极、所述第十一开关管阳极，第五电容器负极连接所述第三二极管阳极、第三相绕组第二支绕组另一端，第三二极管阴极连接所述第十二开关管阳极、第六电容器正极；
第四相绕组电路由第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第四相绕组第一支绕组、第四相绕组第二支绕组、第七电容器、第八电容器、第四二极管组成，所述第十三开关管阳极作为第四相绕组电路输入正极端，所述第十四开关管阴极、所述第四相绕组第二支绕组一端、所述第八电容器负极连接并作为第四相绕组电路输入负极端，第十三开关管阴极连接所述第四相绕组第一支绕组一端，第四相绕组第一支绕组另一端连接第十四开关管阳极、所述第七电容器正极、所述第十五开关管阳极，第七电容器负极连接所述第四二极管阳极、第四相绕组第二支绕组另一端，第四二极管阴极连接所述第十六开关管阳极、第八电容器正极；
整流输出电路由第一变压器、第二变压器、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、第一电感、第二电感、第九电容器、第十电容器组成，所述第五二极管阴极连接所述第七二极管阴极和所述第一电感一端，第一电感另一端连接所述第九电容器正极并作为整流输出电路的输出正极端，第五二极管阳极连接所述第六二极管阴极和所述第一变压器二次侧绕组同名端，第七二极管阳极连接所述第八二极管阴极和第一变压器二次侧绕组异名端，第六二极管阳极与第八二极管阳极连接，并与所述第十电容器正极、所述第二电感一端连接，第二电感另一端与所述第九二极管阴极、所述第十一二极管阴极连接，第九二极管阳极与所述第十二极管阴极、所述第二变压器二次侧绕组同名端连接，第十一二极管阳极与所述第十二二极管阴极、第二变压器二次侧绕组异名端连接，第十二极管阳极、第十二二极管阳极、第十电容器负极连接并作为整流输出电路输出负极端；第一变压器一次侧绕组同名端连接第一电容器负极、第五电容器负极、第七开关管阴极、第十五开关管阴极，第一变压器一次侧绕组异名端连接第三开关管阴极、第十一开关管阴极、第三电容器负极、第七电容器负极，第二变压器一次侧绕组同名端连接第二电容器负极、第六电容器负极、第八开关管阴极、第十六开关管阴极，第二变压器一次侧绕组异名端连接第四开关管阴极、第十二开关管阴极、第四电容器负极、第八电容器负极；
励磁与充电电路由第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第三电感、第四电感、第十一电容器、第十二电容器、第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、蓄电池组成，所述第十七开关管阳极作为励磁与充电电路输入正极端与整流输出电路输出正极端连接，第十七开关管阴极连接所述第三电感一端和所述第十一电容器负极，第十一电容器正极连接所述第十三二极管阴极和所述第四电感一端，第四电感另一端连接所述第十二电容器正极、所述第十八开关管阳极、所述第十九开关管阳极，第十八开关管阴极连接所述第十四二极管阳极和所述蓄电池正极，第十九开关管阴极连接第十四二极管阴极和所述第十五二极管阳极，第十五二极管阴极作为励磁与充电电路输出正极端与第一相绕组电路输入正极端、第二相绕组电路输入正极端、第三相绕组电路输入正极端、第四相绕组电路输入正极端连接，蓄电池负极、第十二电容器负极、第十三二极管阳极、第三电感另一端连接，并作为励磁与充电电路输入和输出负极端与整流输出电路输出负极端、第一相绕组电路输入负极端、第二相绕组电路输入负极端、第三相绕组电路输入负极端、第四相绕组电路输入负极端连接；
各相绕组在不同定子凸极上按圆周分布的顺序为第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、第四相绕组、第一相绕组，同一相绕组的两个支绕组对称分布；
开关磁阻电机的定转子凸极重叠系数大于0，并小于0.5；第一变压器二次侧绕组匝数大于一次侧绕组匝数，第二变压器二次侧绕组匝数大于一次侧绕组匝数。
2.根据权利要求1所述的自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器的控制方法，其特征是：非运行时所有开关管均为断开状态，根据开关磁阻电机运行原理，结合其转子位置信息，当作为开关磁阻发电机运行时：
起动运行时，由蓄电池经第十四二极管、第十五二极管提供励磁电能，起动完成后，通过对第十七开关管进行PWM控制，第十九开关管闭合导通，调节第十七开关管开关占空比，即可调节励磁与充电电路输出的励磁电压值大小，具体根据系统控制需要而定；当检测到蓄电池电能低于下限时，闭合导通第十八开关管，经第十七开关管的PWM调节，向蓄电池充电；
开关磁阻发电机运行期间，当检测到第一相绕组需投入工作时，即第一相绕组电路投入工作，首先同时闭合第一开关管和第二开关管，来自励磁与充电电路的励磁电能向第一相绕组第一支绕组供电励磁，同时第一电容器的储能经第二开关管向第一相绕组第二支绕组供电励磁，根据转子位置信息励磁阶段结束时，关断第二开关管，第一开关管保持导通，同时闭合导通第三开关管和第四开关管，此时进入发电阶段，第一相绕组第一支绕组的储能与输入的励磁电能一起经第三开关管输出，同时也有一部分经第一二极管、第四开关管输出，并向第一电容器充电，第一相绕组第二支绕组的储能则经第一二极管和第四开关管输出，待发电阶段结束时关断第一开关管、第三开关管、第四开关管；接下来根据转子位置信息需要其他相绕组电路投入工作时，开关控制模式与以上第一相绕组电路工作模式相同，具体为：第五开关管、第九开关管、第十三开关管对应第一开关管，第二相绕组第一支绕组、第三相绕组第一支绕组、第四相绕组第一支绕组对应第一相绕组第一支绕组，第二相绕组第二支绕组、第三相绕组第二支绕组、第四相绕组第二支绕组对应第一相绕组第二支绕组，第六开关管、第十开关管、第十四开关管对应第二开关管，第三电容器、第五电容器、第七电容器对应第一电容器，第二二极管、第三二极管、第四二极管对应第一二极管，第四电容器、第六电容器、第八电容器对应第二电容器，第七开关管、第十一开关管、第十五开关管对应第三开关管，第八开关管、第十二开关管、第十六开关管对应第四开关管；在额定状态下的工作控制特点为：任意相绕组励磁阶段结束即发电阶段开始时，其前一相绕组的发电阶段同时结束，其发电阶段结束时其下一相绕组励磁阶段结束，第一变压器和第二变压器的一次侧绕组将各自获得对称的交变的电流；当非额定状态时，即提前结束励磁阶段、提前或延后开始发电阶段、提前或延后结束发电阶段，可实现对第一变压器和第二变压器所接收电能包括电压和电流值的调节，以及相位调节；
当作为开关磁阻电动机运行时，除具体需根据开关磁阻电动机的转子位置信息通电励磁以及结束励磁的角度位置不同之外，其余针对所述变换器的具体控制模式完全相同。
自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器
技术领域
[0001] 本发明涉及开关磁阻电机领域，具体涉及一种可自充电、可强化励磁、可变励磁电压和发电电压的双绕组分开连接的高电压增益交流输出的开关磁阻电机功率变换器结构及其控制方法。
背景技术
[0002] 开关磁阻电机结构简单坚固，转子上无绕组、无永磁体，散热压力小，可靠性高，制造成本低廉，当中一相绕组不工作不影响其他相绕组的正常工作，容错性强，具有广阔的应用前景。
[0003] 开关磁阻电机一般由多个相绕组对称分布于定子凸极上，每个相绕组又大多分为两个支绕组对称分布于不同定子凸极上，根据定转子之间凸极和凹槽的相对位置决定具体通电的相绕组，作为发电机和电动机的通电位置规则不同，但相同的是各相绕组根据相对的转子位置信息分时分别工作；作为发电机工作时，每相绕组工作时一般分为励磁和发电两大阶段，在绕组电感最大区域前后通电首先励磁，励磁阶段电机相绕组吸收外来励磁电源的电能储存磁能，后续根据实时转子位置信息结束励磁阶段并换流进入发电阶段，相绕组中储存的磁能转化为电能输出，待进入绕组电感最小区域时电流降至零完成工作；作为电动机工作时，每相绕组工作的主体为励磁阶段，在绕组电感最小区域或电感上升开始时通电励磁，待进入绕组电感最大区域前后关断励磁完成工作，必要时在励磁结束后提供续流回路将绕组中的剩余磁能释放。
[0004] 开关磁阻电机的励磁、发电都要围绕连接其绕组的变换电路的运行控制实现，没有绕组变换电路，开关磁阻电机的运行就无从谈起，所以变换器意义重大。
[0005] 由于如上提到同一相绕组往往分为两个或更多偶数的支绕组对称于不同定子凸极上的分布，基于对强化励磁性能的需要，业界已存在譬如将两个支绕组并联的模式来增加励磁电压两倍(相对传统串联模式)，励磁阶段并联，发电阶段串联，不过，这种模式除了单一的强化两倍励磁外无其他优势，在发电阶段输出时仍然会沿一路输出。
[0006] 作为开关磁阻发电机运行时，直接输出低压直流电，往往需要经过直交直的DC/DC变换器后再输出给负载或并网，所以如能设计可升压并且省掉部分环节的简易DC/DC变换器结构，则势必为发展趋势和重要进步。
[0007] 在复杂的开关磁阻发电机运行工况下时，比如变速风电领域，MPPT和最大发电效率控制是必须面对的，为了提升其性能，往往可考虑通过改变励磁电压和发电电压，而功率变换器本身如果具备可变压的硬件条件，则是更高性能获得的基础。
[0008] 同一套功率变换器，作为发电机和电动机运行时如果能无差别的利用起来，则势必能提高系统的适应性和性价比。
[0009] 无论开关磁阻发电机还是电动机，蓄电池往往是需要的，也往往需要人工参与给蓄电池充电或更换蓄电池，增加了人工维护工作量，降低了智能化水平，如能根据需要带有自充电功能，则这样的功率变换器势必增加了系统的智能化水平。
发明内容
[0010] 根据以上的背景技术，本发明就提出了一种适应复杂工况及发电/电动分时运行工况，直接发出交流电、直接高电压增益、可自充电、可强化励磁、可变励磁电压和发电电压的双绕组分开连接分开独立输出的开关磁阻电机功率变换器结构及其控制方法。
[0011] 本发明的技术方案为：
[0012] 自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器，由第一相绕组电路、第二相绕组电路、第三相绕组电路、第四相绕组电路、整流输出电路、励磁与充电电路组成，其技术特征是，所述第一相绕组电路、所述第二相绕组电路、所述第三相绕组电路、所述第四相绕组电路输入端并联连接，输出端均连接所述整流输出电路输入端，整流输出电路输出端连接所述励磁与充电电路输入端，励磁与充电电路输出端连接各个相绕组电路输入端；
[0013] 第一相绕组电路由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组、第一电容器、第二电容器、第一二极管组成，其技术特征是，所述第一开关管阳极作为第一相绕组电路输入正极端与励磁与充电电路输出正极端、第二相绕组电路输入正极端、第三相绕组电路输入正极端、第四相绕组电路输入正极端连接，第一开关管阴极连接所述第一相绕组第一支绕组一端，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第二开关管阳极、所述第一电容器正极、所述第三开关管阳极，第一电容器负极连接所述第一相绕组第二支绕组一端、所述第一二极管阳极，第一二极管阴极连接所述第四开关管阳极、所述第二电容器正极，第二开关管阴极、第一相绕组第二支绕组另一端、第二电容器负极连接并作为第一相绕组电路输入负极端，并与励磁与充电电路输出负极端、第二相绕组电路输入负极端、第三相绕组电路输入负极端、第四相绕组电路输入负极端连接；
[0014] 第二相绕组电路由第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组、第三电容器、第四电容器、第二二极管组成，其技术特征是，所述第五开关管阳极作为第二相绕组电路输入正极端，所述第六开关管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端、所述第四电容器负极连接并作为第二相绕组电路输入负极端，第五开关管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端，第二相绕组第一支绕组另一端连接第六开关管阳极、所述第三电容器正极、所述第七开关管阳极，第三电容器负极连接所述第二二极管阳极、第二相绕组第二支绕组另一端，第二二极管阴极连接所述第八开关管阳极、第四电容器正极；
[0015] 第三相绕组电路由第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第五电容器、第六电容器、第三二极管组成，其技术特征是，所述第九开关管阳极作为第三相绕组电路输入正极端，所述第十开关管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端、所述第六电容器负极连接并作为第三相绕组电路输入负极端，第九开关管阴极连接所述第三相绕组第一支绕组一端，第三相绕组第一支绕组另一端连接第十开关管阳极、所述第五电容器正极、所述第十一开关管阳极，第五电容器负极连接所述第三二极管阳极、第三相绕组第二支绕组另一端，第三二极管阴极连接所述第十二开关管阳极、第六电容器正极；
[0016] 第四相绕组电路由第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第四相绕组第一支绕组、第四相绕组第二支绕组、第七电容器、第八电容器、第四二极管组成，其技术特征是，所述第十三开关管阳极作为第四相绕组电路输入正极端，所述第十四开关管阴极、所述第四相绕组第二支绕组一端、所述第八电容器负极连接并作为第四相绕组电路输入负极端，第十三开关管阴极连接所述第四相绕组第一支绕组一端，第四相绕组第一支绕组另一端连接第十四开关管阳极、所述第七电容器正极、所述第十五开关管阳极，第七电容器负极连接所述第四二极管阳极、第四相绕组第二支绕组另一端，第四二极管阴极连接所述第十六开关管阳极、第八电容器正极；
[0017] 整流输出电路由第一变压器、第二变压器、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、第一电感、第二电感、第九电容器、第十电容器组成，其技术特征是，所述第五二极管阴极连接所述第七二极管阴极和所述第一电感一端，第一电感另一端连接所述第九电容器正极并作为整流输出电路的输出正极端，第五二极管阳极连接所述第六二极管阴极和所述第一变压器二次侧绕组同名端，第七二极管阳极连接所述第八二极管阴极和第一变压器二次侧绕组异名端，第六二极管阳极与第八二极管阳极连接，并与所述第十电容器正极、所述第二电感一端连接，第二电感另一端与所述第九二极管阴极、所述第十一二极管阴极连接，第九二极管阳极与所述第十二极管阴极、所述第二变压器二次侧绕组同名端连接，第十一二极管阳极与所述第十二二极管阴极、第二变压器二次侧绕组异名端连接，第十二极管阳极、第十二二极管阳极、第十电容器负极连接并作为整流输出电路输出负极端；第一变压器一次侧绕组同名端连接第一电容器负极、第五电容器负极、第七开关管阴极、第十五开关管阴极，第一变压器一次侧绕组异名端连接第三开关管阴极、第十一开关管阴极、第三电容器负极、第七电容器负极，第二变压器一次侧绕组同名端连接第二电容器负极、第六电容器负极、第八开关管阴极、第十六开关管阴极，第二变压器一次侧绕组异名端连接第四开关管阴极、第十二开关管阴极、第四电容器负极、第八电容器负极；
[0018] 励磁与充电电路由第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第三电感、第四电感、第十一电容器、第十二电容器、第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、蓄电池组成，其技术特征是，所述第十七开关管阳极作为励磁与充电电路输入正极端与整流输出电路输出正极端连接，第十七开关管阴极连接所述第三电感一端和所述第十一电容器负极，第十一电容器正极连接所述第十三二极管阴极和所述第四电感一端，第四电感另一端连接所述第十二电容器正极、所述第十八开关管阳极、所述第十九开关管阳极，第十八开关管阴极连接所述第十四二极管阳极和所述蓄电池正极，第十九开关管阴极连接第十四二极管阴极和所述第十五二极管阳极，第十五二极管阴极作为励磁与充电电路输出正极端与第一相绕组电路输入正极端、第二相绕组电路输入正极端、第三相绕组电路输入正极端、第四相绕组电路输入正极端连接，蓄电池负极、第十二电容器负极、第十三二极管阳极、第三电感另一端连接，并作为励磁与充电电路输入和输出负极端与整流输出电路输出负极端、第一相绕组电路输入负极端、第二相绕组电路输入负极端、第三相绕组电路输入负极端、第四相绕组电路输入负极端连接；
[0019] 各相绕组在不同定子凸极上按圆周分布的顺序为第一相绕组-第二相绕组-第三相绕组-第四相绕组-第一相绕组，同一相绕组的两个支绕组对称分布；
[0020] 开关磁阻电机的定转子凸极重叠系数大于0，并小于0.5；第一变压器二次侧绕组匝数大于一次侧绕组匝数，第二变压器二次侧绕组匝数大于一次侧绕组匝数。
[0021] 本发明的自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器的控制方法为：非运行时所有开关管均为断开状态，根据开关磁阻电机运行原理，结合其转子位置信息，当作为开关磁阻发电机运行时：
[0022] 起动运行时，由蓄电池经第十四二极管、第十五二极管提供励磁电能，起动完成后，通过对第十七开关管进行PWM控制，第十九开关管闭合导通，调节第十七开关管开关占空比，即可调节励磁与充电电路输出的励磁电压值大小，具体根据系统控制需要而定；当检测到蓄电池电能低于下限时，闭合导通第十八开关管，经第十七开关管的PWM调节，向蓄电池充电；
[0023] 开关磁阻发电机运行期间，当检测到第一相绕组需投入工作时，即第一相绕组电路投入工作，首先同时闭合第一开关管和第二开关管，来自励磁与充电电路的励磁电能向第一相绕组第一支绕组供电励磁，同时第一电容器的储能经第二开关管向第一相绕组第二支绕组供电励磁，根据转子位置信息励磁阶段结束时，关断第二开关管，第一开关管保持导通，同时闭合导通第三开关管和第四开关管，此时进入发电阶段，第一相绕组第一支绕组的储能与输入的励磁电能一起经第三开关管输出，同时也有一部分经第一二极管、第四开关管输出，并向第一电容器充电，第一相绕组第二支绕组的储能则经第一二极管和第四开关管输出，待发电阶段结束时关断第一开关管、第三开关管、第四开关管；接下来根据转子位置信息需要其他相绕组电路投入工作时，开关控制模式与以上第一相绕组电路工作模式相同，具体为：第五开关管、第九开关管、第十三开关管对应第一开关管，第二相绕组第一支绕组、第三相绕组第一支绕组、第四相绕组第一支绕组对应第一相绕组第一支绕组，第二相绕组第二支绕组、第三相绕组第二支绕组、第四相绕组第二支绕组对应第一相绕组第二支绕组，第六开关管、第十开关管、第十四开关管对应第二开关管，第三电容器、第五电容器、第七电容器对应第一电容器，第二二极管、第三二极管、第四二极管对应第一二极管，第四电容器、第六电容器、第八电容器对应第二电容器，第七开关管、第十一开关管、第十五开关管对应第三开关管，第八开关管、第十二开关管、第十六开关管对应第四开关管；在额定状态下的工作控制特点为：任意相绕组励磁阶段结束即发电阶段开始时，其前一相绕组的发电阶段同时结束，其发电阶段结束时其下一相绕组励磁阶段结束，从而，结合本发明功率变换器结构，第一变压器和第二变压器的一次侧绕组将各自获得对称的交变的电流；当非额定状态时，即提前结束励磁阶段、提前或延后开始发电阶段、提前或延后结束发电阶段，可实现对第一变压器和第二变压器所接收电能包括电压和电流值的调节，以及相位调节；
[0024] 当作为开关磁阻电动机运行时，除具体需根据开关磁阻电动机的转子位置信息通电励磁以及结束励磁的角度位置不同之外，其余针对本发明功率变换器的具体控制模式完全相同。
[0025] 本发明的技术效果主要有：
[0026] (1)本发明结合了当前主流开关磁阻电机的每相绕组大多由两个对称分布于不同定子凸极上的两个支绕组构成的实际情况，改串联为单独连接入相绕组电路中，不但直接增大了励磁强度，而且它们发电阶段的输出也是分开进入不同的变压器路径中(分两路输出)，并经整流输出电路输出端并联，进一步增大了输出直流电压值。
[0027] (2)各相绕组所在电路，相邻的相绕组电路输出端电流交替输出并且方向反向，从而在第一变压器和第二变压器一次绕组侧为交流电，即开关磁阻发电机直接发出交流电，省却了业界常用的直交直变换中的逆变环节，意义重大。
[0028] (3)整流输出电路的两个变压器的二次侧绕组匝数大于一次侧绕组匝数，再加之整流输出电路输出侧为两个变压器输出后整流的串联连接，从而实现两级升压，同时实现隔离、省却逆变器等三大功能，并且这当中无需开关器件，无需控制器的参与，简化了结构和控制复杂度，提高了可靠性。
[0029] (4)励磁与充电电路中，可经第十八开关管闭合后给蓄电池充电，极大节省了人工，提高了智能化水平；第十九开关管闭合导通时，可通过调节第十七开关管实现变励磁电压输出，自然可实现强化励磁，同时，该励磁与充电电路的输出侧电流在第十七开关管PWM控制时始终为连续的，更有利于后续的充电及励磁稳定性的提高；总之，励磁与充电电路，提供了变励磁电压、强励、起励、自动充电四大功能，意义重大。
[0030] (5)当重叠系数合理(大于0小于0.5)，额定状态时，两个变压器输入侧电流交替输入不间断，效率高；并且，因应系统性能控制的需要，非额定时，通过控制第三开关管/第四开关管、第七开关管/第八开关管、第十一开关管/第十二开关管、第十五开关管/第十六开关管的开关时间，可实现移相调节，调节最终第九电容器和第十电容器侧的发电电压值，包括功率，从而极大增强了系统的可控性、灵活性，意义重大。
[0031] (6)由于励磁与充电电路输出励磁电压的较宽范围的可调性，以及前述发电电压可调性，极大增强了系统的适应性，比如在复杂的变速风电领域，以及高速开关磁阻电机运行领域。
[0032] (7)本发明的结构及调控方式下，在作为电动机运行时，结构上可全部应用，无浪费，也不会增加硬件，控制方法相同，唯一区别是作为开关磁阻电动机运行时励磁的开关时刻与作为开关磁阻发电机的不同，以及作为发电机时的发电阶段在此作为泄放阶段并可实现能量再生。
附图说明
[0033] 图1所示为本发明的自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器结构图。
具体实施方式
[0034] 如附图1所示本实施例的自充电强励双变压双绕组高增益交流开关磁阻电机变换器结构图，开关磁阻电机为四相绕组，分布于定子上顺序为第一相绕组M、第二相绕组N、第三相绕组P、第四相绕组Q，每相绕组两个支绕组，沿圆周对称绕制于不同的定子凸极上，从而定子八个凸极，转子六个凸极，变换器由第一相绕组电路1、第二相绕组电路2、第三相绕组电路3、第四相绕组电路4、整流输出电路5、励磁与充电电路6组成，第一相绕组电路1、第二相绕组电路2、第三相绕组电路3、第四相绕组电路4输入端并联连接，输出端均连接整流输出电路5输入端，整流输出电路5输出端连接励磁与充电电路6输入端，励磁与充电电路6输出端连接各个相绕组电路输入端。
[0035] 第一相绕组电路1由第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、第一相绕组第一支绕组M1、第一相绕组第二支绕组M2、第一电容器C1、第二电容器C2、第一二极管D1组成，第一开关管V1阳极作为第一相绕组电路1输入正极端与励磁与充电电路6输出正极端、第二相绕组电路2输入正极端、第三相绕组电路3输入正极端、第四相绕组电路4输入正极端连接，第一开关管V1阴极连接第一相绕组第一支绕组M1一端，第一相绕组第一支绕组M1另一端连接第二开关管V2阳极、第一电容器C1正极、第三开关管V3阳极，第一电容器C1负极连接第一相绕组第二支绕组M2一端、第一二极管D1阳极，第一二极管D1阴极连接第四开关管V4阳极、第二电容器C2正极，第二开关管V2阴极、第一相绕组第二支绕组M2另一端、第二电容器C2负极连接并作为第一相绕组电路1输入负极端，并与励磁与充电电路6输出负极端、第二相绕组电路2输入负极端、第三相绕组电路3输入负极端、第四相绕组电路4输入负极端连接；
[0036] 第二相绕组电路2由第五开关管V5、第六开关管V6、第七开关管V7、第八开关管V8、第二相绕组第一支绕组N1、第二相绕组第二支绕组N2、第三电容器C3、第四电容器C4、第二二极管D2组成，第五开关管V5阳极作为第二相绕组电路2输入正极端，第六开关管V6阴极、第二相绕组第二支绕组N2一端、第四电容器C4负极连接并作为第二相绕组电路2输入负极端，第五开关管V5阴极连接第二相绕组第一支绕组N1一端，第二相绕组第一支绕组N1另一端连接第六开关管V6阳极、第三电容器C3正极、第七开关管V7阳极，第三电容器C3负极连接第二二极管D2阳极、第二相绕组第二支绕组N2另一端，第二二极管D2阴极连接第八开关管V8阳极、第四电容器C4正极；
[0037] 第三相绕组电路3由第九开关管V9、第十开关管V10、第十一开关管V11、第十二开关管V12、第三相绕组第一支绕组P1、第三相绕组第二支绕组P2、第五电容器C5、第六电容器C6、第三二极管D3组成，第九开关管V9阳极作为第三相绕组电路3输入正极端，第十开关管V10阴极、第三相绕组第二支绕组P2一端、第六电容器C6负极连接并作为第三相绕组电路3输入负极端，第九开关管V9阴极连接第三相绕组第一支绕组P1一端，第三相绕组第一支绕组P1另一端连接第十开关管V10阳极、第五电容器C5正极、第十一开关管V11阳极，第五电容器C5负极连接第三二极管D3阳极、第三相绕组第二支绕组P2另一端，第三二极管D3阴极连接第十二开关管V12阳极、第六电容器C6正极；
[0038] 第四相绕组电路4由第十三开关管V13、第十四开关管V14、第十五开关管V15、第十六开关管V16、第四相绕组第一支绕组Q1、第四相绕组第二支绕组Q2、第七电容器C7、第八电容器C8、第四二极管D4组成，第十三开关管V13阳极作为第四相绕组电路4输入正极端，第十四开关管V14阴极、第四相绕组第二支绕组Q2一端、第八电容器C8负极连接并作为第四相绕组电路4输入负极端，第十三开关管V13阴极连接第四相绕组第一支绕组Q1一端，第四相绕组第一支绕组Q1另一端连接第十四开关管V14阳极、第七电容器C7正极、第十五开关管V15阳极，第七电容器C7负极连接第四二极管D4阳极、第四相绕组第二支绕组Q2另一端，第四二极管D4阴极连接第十六开关管V16阳极、第八电容器C8正极；
[0039] 由上可见，四相绕组所在电路结构完全相同，对应的器件选择完全相同的型号，其中所有开关管包括本实施例全部开关管均为三端子全控型电力电子开关器件，包括IGBT、电力MOSFET、碳化硅、氮化镓等。
[0040] 整流输出电路5由第一变压器T1、第二变压器T2、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第一电感L1、第二电感L2、第九电容器C9、第十电容器C10组成，第五二极管D5阴极连接第七二极管D7阴极和第一电感L1一端，第一电感L1另一端连接第九电容器C9正极并作为整流输出电路5的输出正极端，第五二极管D5阳极连接第六二极管D6阴极和第一变压器T1二次侧绕组b同名端，第七二极管D7阳极连接第八二极管D8阴极和第一变压器T1二次侧绕组b异名端，第六二极管D6阳极与第八二极管D8阳极连接，并与第十电容器C10正极、第二电感L2一端连接，第二电感L2另一端与第九二极管D9阴极、第十一二极管D11阴极连接，第九二极管D9阳极与第十二极管D10阴极、第二变压器T2二次侧绕组d同名端连接，第十一二极管D11阳极与第十二二极管D12阴极、第二变压器T2二次侧绕组d异名端连接，第十二极管D10阳极、第十二二极管D12阳极、第十电容器C10负极连接并作为整流输出电路5输出负极端；第一变压器T1一次侧绕组a同名端连接第一电容器C1负极、第五电容器C5负极、第七开关管V7阴极、第十五开关管V15阴极，第一变压器T1一次侧绕组a异名端连接第三开关管V3阴极、第十一开关管V11阴极、第三电容器C3负极、第七电容器C7负极，第二变压器T2一次侧绕组c同名端连接第二电容器C2负极、第六电容器C6负极、第八开关管V8阴极、第十六开关管V16阴极，第二变压器T2一次侧绕组c异名端连接第四开关管V4阴极、第十二开关管V12阴极、第四电容器C4负极、第八电容器C8负极；如附图1可见，本实施例整流输出电路5实际由两套变压器加对应整流桥后串联输出而得到，上下两套相对应的器件型号不一定相同，因为考虑到各相绕组电路工作中发电阶段两个支绕组回路电流存在的差别，不过两个变压器的升压比，即二次侧绕组匝数与一次侧绕组匝数之比相同，均为3。
[0041] 励磁与充电电路6由第十七开关管V17、第十八开关管V18、第十九开关管V19、第三电感L3、第四电感L4、第十一电容器C11、第十二电容器C12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第十五二极管D15、蓄电池X组成，第十七开关管V17阳极作为励磁与充电电路6输入正极端与整流输出电路5输出正极端连接，第十七开关管V17阴极连接第三电感L3一端和第十一电容器C11负极，第十一电容器C11正极连接第十三二极管D13阴极和第四电感L4一端，第四电感L4另一端连接第十二电容器C12正极、第十八开关管V18阳极、第十九开关管V19阳极，第十八开关管V18阴极连接第十四二极管D14阳极和蓄电池X正极，第十九开关管V19阴极连接第十四二极管D14阴极和第十五二极管D15阳极，第十五二极管D15阴极作为励磁与充电电路6输出正极端与第一相绕组电路1输入正极端、第二相绕组电路2输入正极端、第三相绕组电路3输入正极端、第四相绕组电路4输入正极端连接，蓄电池X负极、第十二电容器C12负极、第十三二极管D13阳极、第三电感L3另一端连接，并作为励磁与充电电路6输入和输出负极端与整流输出电路5输出负极端、第一相绕组电路1输入负极端、第二相绕组电路2输入负极端、第三相绕组电路3输入负极端、第四相绕组电路4输入负极端连接。
[0042] 本实施例的开关磁阻电机的定转子凸极重叠系数大于0.15。
[0043] 本发明实施例的控制方法为：非运行时所有开关管均为断开状态，根据开关磁阻电机运行原理，结合其转子位置信息，当作为开关磁阻发电机运行时：
[0044] 起动运行时，由于没有输出电能，即励磁与充电电路6输入端无电能，由蓄电池X经第十四二极管D14、第十五二极管D15提供励磁电能；
[0045] 起动完成后，第十七开关管V17投入工作，运行中当它闭合导通时，第三电感L3被充电，励磁与充电电路6的输入电能与第十一电容器C11一起给第四电感L4充电并输出，待第十七开关管V17关断时，第三电感L3的储能经第十三二极管D13向第十一电容器C11充电，同时第四电感L4的储能输出(经第十三二极管D13)，可见，输出侧的电流是连续的，无论给予蓄电池X充电或输出励磁都非常有积极意义；通过对第十七开关管V17进行PWM控制，第十九开关管V19闭合导通，调节第十七开关管V17开关占空比；设励磁与充电电路输出电压为UC，输入电压为UL，第十七开关管V17占空比为D，结合第三电感L3和第四电感L4特性，可得到：
[0046] UC＝D*UL/(1-D) (1)
[0047] 由式(1)可见，调节第十七开关管V17的占空比直接改变输出励磁电压值，具体根据系统控制需要而定；
[0048] 当检测到蓄电池X电能低于下限时，闭合导通第十八开关管V18，经第十七开关管V17的PWM调节，实现向蓄电池X充电；当强化励磁(非蓄电池X提供励磁)与蓄电池X充电出现矛盾时，强化励磁优先，蓄电池X由于此时不能承受过大充电参数时暂时关断第十八开关管V18，否则强化励磁与充电同时进行。
[0049] 开关磁阻发电机运行期间，当检测到第一相绕组M需投入工作时，即第一相绕组电路1投入工作，首先同时闭合第一开关管V1和第二开关管V2，来自励磁与充电电路6的励磁电能向第一相绕组第一支绕组M1供电励磁，同时第一电容器C1的储能经第二开关管V2向第一相绕组第二支绕组M2供电励磁，根据转子位置信息励磁阶段结束时，关断第二开关管V2，第一开关管V1继续保持导通，同时闭合导通第三开关管V3和第四开关管V4，此时进入发电阶段，第一相绕组第一支绕组M1的储能与输入侧的励磁电能一起经第三开关管V3输出给第一变压器T1一次侧绕组a的异名端进入，同时也有一部分经第一二极管D1、第四开关管V4输出，但主要向第一电容器C1充电，第一相绕组第二支绕组M2的储能则经第一二极管D1和第四开关管V4输出给第二变压器T2一次侧绕组c的异名端流入，待发电阶段结束时关断第一开关管V1、第三开关管V3、第四开关管V4；接下来根据转子位置信息需要其他相绕组电路投入工作时，开关控制模式与以上第一相绕组电路1工作模式相同，具体为：第五开关管V5、第九开关管V9、第十三开关管V13对应第一开关管V1，第二相绕组第一支绕组N1、第三相绕组第一支绕组P1、第四相绕组第一支绕组Q1对应第一相绕组第一支绕组M1，第二相绕组第二支绕组N2、第三相绕组第二支绕组P2、第四相绕组第二支绕组Q2对应第一相绕组第二支绕组M2，第六开关管V6、第十开关管V10、第十四开关管V14对应第二开关管V2，第三电容器C3、第五电容器C5、第七电容器C7对应第一电容器C1，第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4对应第一二极管D1，第四电容器C4、第六电容器C6、第八电容器C8对应第二电容器C2，第七开关管V7、第十一开关管V11、第十五开关管V15对应第三开关管V3，第八开关管V8、第十二开关管V12、第十六开关管V16对应第四开关管V4，唯一区别是，接下来第二相绕组电路2发电阶段输出的电流是从两个变压器的一次侧绕组的同名端流入，再第三相绕组电路3则又是异名端流入，从而直接实现交流电的输出；以上在标准即额定状态下的工作控制特点为：任意相绕组励磁阶段结束即发电阶段开始时，其前一相绕组的发电阶段同时结束，其发电阶段结束时其下一相绕组励磁阶段结束，从而第一变压器T1和第二变压器T2的一次侧绕组将各自获得对称的交变的连续电流；当非额定状态时，即提前结束励磁阶段、提前或延后开始发电阶段、提前或延后结束发电阶段，可实现对第一变压器T1和第二变压器T2所接收电能包括电压和电流值的调节，以及相位调节，主要因应诸如对发电电压以及输出功率的调节要求时，此时第三开关管V3和第四开关管V4(其他相绕组电路同位置开关管)相当于输出发电电压及功率控制器一样。
[0050] 当本发明实施例作为开关磁阻电动机运行时，除具体需根据开关磁阻电动机的转子位置信息通电励磁以及结束励磁的角度位置不同之外(电动机工况需在电感模型最低区域通电励磁并且最高区域断开励磁，发电机工况相反)，其余针对本发明功率变换器的具体控制模式完全相同，并且通过调节第十七开关管V17占空比因为调节了励磁电压所以可调节开关磁阻电动机的转速，整流输出电路5的功能相当于能量再生反馈的作用，系统效率高。
