直驅永磁同步風力發電機在運動車輛中的應用

沖蕾

摘 要:利用車輛在運動中產生的空氣氣流來推動直驅發電機發電。根據不同車輛的構造設計出相適應的空氣導流裝置。該裝置能將氣流壓縮,并形成一定壓力,通過導流裝置導向風動機并帶動直驅發電機實現發電。由于車輛的運動是變速的,所以利用氣流發出的電壓不穩定。根據這一因素設計相適應的控制電路來穩定發電機的輸出電壓。所發出的電能可作為車輛儲備電源使用。這一技術可使不利車輛運動的空氣阻力變為有用的風力發電的氣流動力。

關鍵詞:車輛運動 永磁同步發電機 直驅空氣導流裝置 風動機電氣控制

中圖分類號:TM315 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)10(c)-0099-02

任何車輛在行駛中都不可避免的遇到空氣阻力。車輛在行駛中速度越快產生的空氣阻力就越大。怎樣能夠把這種不利因素轉化為有用？本文提出風力發電技術在行駛車輛中的應用就是解決這一問題的有效方法。根據不同車輛的構造設計相適應的空氣導流裝置。該裝置能最大限度的獲得車輛行駛中產生的風力,并將氣流壓縮,形成一定的壓力去推動風動機轉動,進而帶動發電機發電。

根據車輛行駛的特點采用高功率因數的直驅永磁同步風力發電機(DDPMG)。該類型的發電機采用永磁體勵磁,消除了勵磁所損耗,提高了效率,實現發電機無刷化。采用風動機對發電機直驅的方式,取消齒輪箱,可以提高發電機的效率及其可靠性。風力機因有成熟產品,這里不再詳述。

由于車輛行駛中速度是不斷變化的,所形成的風力也是起伏變化的。發電機所發出的電壓極不穩定。因此要設計相適應的控制電路來穩定發電機輸出的電壓,平抑因風力起伏引起的電勢波動。

本發電系統主要由機械部分和電氣控制部分組成。

1 機械組成

本系統采用雙喇叭口空氣導流罩和雙風力機的組合方式。這一方式有利于最大限度的獲得風力。喇叭口式結構能夠促使風力壓縮和提高風壓。采用雙風力機可以提高風能的利用率,增強輸入發電機的功率。當車輛高速行駛時,迎面產生的風阻力進入空氣導流罩,由雙喇叭口導向風力機,并帶動發電機運轉。

2 電氣控制

為平抑發電機因風力起伏引起的電勢波動。設計如（圖1、2)所示的電氣控制系統。（圖1）是電氣控制組成框圖。

主要有:輸入濾波電路,VI-ARM可自動調整輸入電壓范圍的整流模塊,Vicor DC/DC變換器等組成。電氣控制流程為:發電機發出的電壓經濾波電路整形后輸入到VI-ARM模塊,進行電壓調整,然后由DC/DC變換器變換成符合車輛使用要求的電源。應用電路如圖2所示。

在通用輸入電壓范圍內,VI-ARM模塊直流出母線電壓可保持在200～375 V之間。該模塊可與VICOR公司的VI-260系列和輸入電壓為300 V的直流變換器模塊配套,組成離線式開關穩壓電源。VI-ARM模塊的輸入引腳L和N之間應加入輸入濾波器。該濾波器由共模電感L3和Y電容(接在相線到地之間的電容)及兩個附加電感L1、L2和X電容(接在相線與相線間的電容)等元件組成。在100 kHz～30MHz之間,該濾波器具有足夠的共模和差模插入損耗,完全可以滿足傳導輻射B級極限值的要求。

引腳ST應接在串聯濾波電容C5、C6的中點,以便控制整流器在全波整流與倍壓整流狀態之間的轉換。電容器兩端并聯的氣體放電管V1和V2可實現輸入電壓的瞬變保護,泄放電阻R1和R2在電流關斷時,可謂濾波器電容提供放電通路。為擴大輸出功率,可以將多個DC/DC變換器并聯。VI-ARM模塊的使用引腳EN必須接到所有變換器模塊的PC引腳上,這樣在電源接通過程中,可將所有變換器模塊關斷。VI-ARM模塊給多個變換器模塊供電時,為了消除各個變換器模塊之間使能控制信號互相干擾,在每個變換器模塊的PC引腳上應串入一個信號二極管。電源接通過程結束后,使能引腳EN對模塊的負輸出引腳(-V)的電壓升高至15 V。當整流器輸出母線電壓超過400 V時,使能引腳將變為低電平,從而關斷變換器模塊。變換器模塊關斷后,VI-ARM電路中的熱敏電阻的旁路開關打開,熱敏電阻串入輸入電路中,使母線電壓降到安全值。這樣可以限制氣體放電管觸發時的輸入電流。DC/DC變換器采用V375A5C400A模塊。該模塊具有多塊并聯功能,并有故障容許能力,可靈活通過并聯構成各種不同輸出功率的單元。各模塊電路的原理及參數數據都有資料可查。

3 結語

本文所述的是把風力發電技術運用在運動車輛上,將車輛運行中產生的可利用空氣阻力轉化為電能。該技術可用在各種車輛上,特別是當前倡導的混合動力車輛。所發出的電能作為后備電源,可增加電動車輛的行駛里程和車輛電器的耗能補充,是一種降低車輛運行能耗的有效辦法。

參考文獻

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