CN104767466A - 一种绕组自动切换的起动发电*** - Google Patents

一种绕组自动切换的起动发电*** Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种绕组自动切换的起动发电***，包括中间带抽头的三相电机、三相逆变器、三相整流桥和电磁开关。当***用于起动发动机时，电磁开关将三相绕组的末端短接，A相绕组的第一部分绕组A1和第二部分线圈A2串联，匝数多，起动转矩大；当***用于发电时，电磁开关断开，三相绕组的第一部分绕组被分别接于三个H桥整流器中，匝数少，适合发电时的高速运转。本发明的技术十分适合起动低转速和发电高转速运行。

Description

一种绕组自动切换的起动发电***
技术领域
本发明涉及一种绕组自动切换的起动发电***，属于汽车电器技术领域。
背景技术
汽车的起动发动***既能当作电动机运行，又能作为发电机运行，以在起动后为用电设备供电，或在驱动汽车后回收制动能量。
在已有的文献中，永磁同步电机、永磁直流无刷电机和电励磁同步电机已被许多学者认为可以作为起动发电机。这些电机多采用三相绕组。在磁场大小不变的情况下，其感应电动势（或反电势）会与电机的转速成正比。
以传统的汽油发动机为例，发动机的起动转速为200r/min左右，而起动后发动机的怠速转速为700r/min左右，起动后正常转速为1500r/min以上。电机是依靠感应电动势（或反电势）进行机电能量转换的，而不同转速下电机的感应电动势（或反电势）不同，这就不能适应恒定电压的汽车电源。以12V电源***为例，如果发动机在200r/min左右能达到10V左右的反电势，则在2000r/min左右将会产生100V左右的感应电动势，4000r/min能产生约200V的感应电动势，这将不能正常给12V的蓄电池充电。
因此，很有必要发明一种起动状态和发电状态采用不同匝数的绕组的起动发电***，使起动发电机在两种状态下都能发挥最佳性能。
在已有技术中，授权的发明专利：ZL200780042653.4，一种车辆用混合发动机辅助***，包括一个通过配线与发电电动机和旋转机的三相电力端子连接的变换器，在发电电动机侧连接的情况下，将发电电动机产生的所述三相交流电转换成直流电，在与旋转机侧连接的情况下，将电池的直流电转换成三相交流电并向旋转机供给。
本发明的发明人也曾经针对这一问题提出采用开关磁阻和双凸极两种工作模式实现起动和发电的切换，并申请了发明专利：一种双模电动发电机，申请号：2014105380702。
申请人至今为检索到利用一个逆变器、一个整流桥和一个双触点电磁开关实现绕组匝数的切换，以适应低速起动状态和高速发电状态两种工况要求的起动发电机技术。
发明内容
为了发明一种绕组自动切换的起动发电***，以提高低速起动运行时的输出转矩，并降低高速发电运行时的感应电动势，本发明采用如下技术方案：
一种绕组自动切换的起动发电***，其特征在于：
包括三相电机、三相逆变器、三相整流桥、双触点电磁开关和控制器；
所述三相电机的三相电枢绕组中间带有抽头，三相电枢绕组的一端分别接在三相逆变器的三个桥臂的中点，三相电枢绕组的中间三个抽头分别接在三相整流桥的三个桥臂的中点；
三相电枢绕组的末端分别接在双触点电磁开关的三个接线柱上，控制器控制双触点电磁开关闭合或断开，以将三相电枢绕组的末端接在一起或断开；
三相逆变器和三相整流桥的正极和负极分别接在蓄电池的正极和负极上。
如上所述的一种绕组自动切换的起动发电***，其特征在于：
当发动机起动时，控制器控制双触点电磁开关闭合，三相电枢绕组的末端接在一起，控制器控制三相逆变器上的开关管导通和关闭，给三相电枢绕组通电，三相电机转动并带动发动机旋转；
当发动机起动后，三相电机被发动机带动高速旋转，控制器控制双触点电磁开关断开，三相电枢绕组的末端悬空；三相逆变器上的整流管和三相整流桥上的整流管组成三个单相H桥整流电路，对三相绕组的一部分线圈进行整流，所述三相电机输出直流电。
如果发动机起动后长期处于低速工作，三相整流桥和三相逆变器之间的线圈产生的感应电动势过低，不能保证足够的充电电压，控制器将双触点电磁开关闭合，三相电机的三相绕组的末端连接在一起，三相电机为全桥整流，输出电压高。
本发明的有益效果如下：
⑴起动时，所有的线圈都参与工作，起动转矩大。由于起动时间短，因此起动机能够承受短时间的过电流；
⑵发电时，只有部分线圈参与工作，解决了高速发电运行时的弱磁扩速问题，电机的内阻小，电机的效率高。
附图说明
图1是本发明一种绕组自动切换的起动发电***的原理图。
图2是本发明一种绕组自动切换的起动发电***作为起动机运行时的原理图。
图3为本发明一种绕组自动切换的起动发电***作为发电机运行时的原理图。
图4为本发明一种绕组自动切换的起动发电***低速发电运行时的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1所示的一种绕组自动切换的起动发电***，包括三相电机、三相逆变器、三相整流桥、双触点电磁开关和控制器。
所述三相电机的三相电枢绕组中间带有抽头，三相电枢绕组被分成由线圈 A1、线圈B1、线圈C1 组成的一部分三相绕组，以及由线圈 A2、线圈B2、线圈C2 组成的第二部分三相绕组。
三相电枢绕组的一端分别接在三相逆变器的三个桥臂的中点，三相电枢绕组的中间三个抽头分别接在三相整流桥的三个桥臂的中点。
三相电枢绕组的末端分别接在双触点电磁开关的三个接线柱上，控制器控制双触点电磁开关闭合或断开，以将三相电枢绕组的末端接在一起或断开。
三相逆变器和三相整流桥的正极和负极分别接在蓄电池的正极和负极上。
当从三相绕组中抽头时，可以在同一个槽内按照不同匝数比找出抽头的位置，也可以在分布时绕组中按照不同的槽区分找出抽头的位置。另外，可以根据调速范围的对比合理选择绕组抽头前后的比例。
图2所示的一种绕组自动切换的起动发电***，作为起动机运行，控制器控制双触点开关闭合，三相电枢绕组的末端接在一起，控制器控制三相逆变器上的开关管导通和关闭，给三相电枢绕组通电，三相电机转动并带动发动机旋转。
图3所示的一种绕组自动切换的起动发电***，作为发电机运行时，三相电机被发动机带动高速旋转，控制器控制双触点开关断开，三相逆变器上的开关管也全关闭，三相电枢绕组的末端悬空；三相逆变器上的整流管和三相整流桥上的整流管组成三个单相H桥整流电路，对三相绕组的一部分线圈进行整流，所述三相电机输出直流电。
图4为本发明一种绕组自动切换的起动发电***低速发电运行时的原理图。如果发动机起动后长期处于低速工作，三相整流桥和三相逆变器之间的线圈产生的感应电动势过低，不能保证足够的充电电压，控制器将双触点电磁开关闭合，三相电机的三相绕组的末端连接在一起，三相电机中线圈 A1和线圈 A2串联，线圈B1和线圈B2串联，线圈C2和线圈C1串联，三相电机为全桥整流，输出电压高，可保证低速时的充电电压。
下面对本发明提出的起动发电***进行工作原理的说明。
本发明的起动发电机工作在发电状态时，电枢绕组有磁链通过。当外转子旋转时，电枢绕组耦合的磁链发生变化，因此电枢绕组的磁链就会发生变化，从而产生感应电动势。由于此时三相电枢绕组中间抽头被短接在一起，因此电枢线圈A1、电枢线圈B1和电枢线圈C1产生的感应电动势经过第一逆变器上的二极管和三相整流桥上的二极管整流后对外输出。电枢线圈A2、电枢线圈B2和电枢线圈C2有与悬空，因此没有电流对外输出。设电枢线圈A1的匝数为A相总匝数的一半，因此其与传统的方案相比，其输出电压也下降一半。
本发明的起动发电机工作在起动状态时，若给磁链增加的一相绕组通以正向电流，给磁链减小的一相绕组通以反向电流，则电机会产生正的转矩，驱动发动机旋转。在起动状态时，由于三相电枢绕组的末端被双触点电磁开关巧妙地短接在一起，因此电枢线圈A1和电枢线圈A2串联，即所有线圈皆会被通电，其输出转矩大。
由于发动机起动转速为200r/min，而起动以后发动机的转速会升到700r/min以上，因此发动机在这期间有一个加速过程，在此过程中起动发电机只是空转而不对外输出电流，此时双触点开关闭合，且不会产生大的电火花及电压波动。
常言道，大道至简。越是看起来越简单的有技术越具备实用价值，因为简单的东西可靠性高、成本也低。本发明的技术虽然看起来简单，但确实经过了很多的思考才得出的。
需要指出的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1. 一种绕组自动切换的起动发电***，其特征在于：
包括三相电机、三相逆变器、三相整流桥、双触点电磁开关和控制器；
所述三相电机的三相电枢绕组中间带有抽头，三相电枢绕组的一端分别接在三相逆变器的三个桥臂的中点，三相电枢绕组的中间三个抽头分别接在三相整流桥的三个桥臂的中点；
三相电枢绕组的末端分别接在双触点电磁开关的三个接线柱上，控制器控制双触点电磁开关闭合或断开，以将三相电枢绕组的末端接在一起或断开；
三相逆变器和三相整流桥的正极和负极分别接在蓄电池的正极和负极上。
2.如权利要求1所述的一种绕组自动切换的起动发电***，其特征在于：
当发动机起动时，控制器控制双触点电磁开关闭合，三相电枢绕组的末端接在一起，控制器控制三相逆变器上的开关管导通和关闭，给三相电枢绕组通电，三相电机转动并带动发动机旋转；
当发动机起动后，三相电机被发动机带动高速旋转，控制器控制双触点电磁开关断开，三相电枢绕组的末端悬空；三相逆变器上的整流管和三相整流桥上的整流管组成三个单相H桥整流电路，对三相绕组的一部分线圈进行整流，所述三相电机输出直流电；
如果发动机起动后长期处于低速工作，三相整流桥和三相逆变器之间的线圈产生的感应电动势过低，不能保证足够的充电电压，控制器将双触点电磁开关闭合，三相电机的三相绕组的末端连接在一起，三相电机为全桥整流，输出电压高。
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