高功率密度開關(guān)磁阻起動和發(fā)電機進展
周青苗，李聲晉，韓英桃
(西北工業(yè)大學，陜西西安 710072)
摘要：介紹國外開關(guān)磁阻起動／發(fā)電機系統(tǒng)的發(fā)展情況及研究趨勢，并對系統(tǒng)各組成部分進行了詳細分析。
關(guān)鍵詞：組合起動／發(fā)電機i開關(guān)磁阻電機}發(fā)展
中圖分類號：tm352 文獻標識碼：b 文章編號：1001-6848(2000)01-0031-03
1概述
近年，現(xiàn)代控制理論、高速微處理器和功率電子技術(shù)的發(fā)展，以及新型材料、功率開關(guān)器件的涌現(xiàn)，為航空系統(tǒng)的快速發(fā)展奠定了堅實的理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。自80年代起，國外開始研制一種新型多電飛機[1，2]，用電系統(tǒng)取代目前飛機上液壓、氣壓和機械系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有大容量供電系統(tǒng)，并廣泛采用電力作動技術(shù)。研究表明，采用多電飛機方案，系統(tǒng)具有可靠性高、飛行性能好的特點，而且飛機生存性能強，維修性好，保障性好，從而大大節(jié)省了費用。
為了實施多電飛機方案，必須發(fā)展大容量的飛機發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定在常規(guī)的變速恒頻系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制270v高壓直流和115v、400hz恒頻交流的雙輸出系統(tǒng)。圖1顯示了270vd。115vd�；旌掀饎雍桶l(fā)電機的近似的轉(zhuǎn)矩一速度特性。在發(fā)動機起動時，電機作為電動機運行，使發(fā)動機加速，在較低轉(zhuǎn)速范圍必須提供恒傳矩，在較高轉(zhuǎn)速時電機輸出恒功率，一旦發(fā)動機達到空車速度，電機作為發(fā)電運行，為飛符器負載提供電能。
由文獻3知，為實現(xiàn)起動和發(fā)電功能，根據(jù)高轉(zhuǎn)速、高功率密度、可靠性及成本要求，對眾多電機類型進行考核，最終選擇開關(guān)磁阻電機(srm)。sr電機是定轉(zhuǎn)子的雙凸極、定子集中相繞組、無永磁體和轉(zhuǎn)子繞組的無刷同步電機。其簡單的迭片結(jié)構(gòu)，使其能在很高轉(zhuǎn)速下運行，且具有高溫工作的潛能，同時
圖1起動和發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩一速度特性曲線由于其功率變換器的獨特結(jié)構(gòu)，電機相繞組在物理上和電磁上彼此隔離，無直通現(xiàn)象，因此具有高容錯性。
2起動和發(fā)電機系統(tǒng)構(gòu)成
一個典型的起動和發(fā)電機的簡單方框圖見圖2，sr電機轉(zhuǎn)子直接安裝在發(fā)動機軸上，采用無刷分相器將轉(zhuǎn)子角度信息傳遞給控制器，使電機勵磁與轉(zhuǎn)子位置同步。
3開關(guān)磁阻電機
sr電機的簡單示意圖如圖3所示，定子每相繞阻是由徑向相對的兩個磁極的線圈串聯(lián)構(gòu)成。sr電機的運行亦遵循“磁阻最小原理”——磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，因此，距被勵磁的定子極最近的轉(zhuǎn)子極有向該定子極移動、并直到最小磁阻位置的趨勢。
當磁路不飽合時，sr電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：
式中，i是相電流，己是相繞組電感，θ是轉(zhuǎn)子角，由式(1)知，sr電機轉(zhuǎn)矩的大小是由相電流幅值及電感變化率決定，轉(zhuǎn)距的方向不取決于電流正負，而是由相電流脈沖相對于相電感的變化率d1/d0的位置決定。
圖4a是理想的相電感隨轉(zhuǎn)子角變化曲線，當定子凸極中心線與轉(zhuǎn)子凹槽中心線重合時，相電感最��；當定轉(zhuǎn)子凸極中心線對準時，相電感達到****值，因此，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，相電感在最小值與****值間連續(xù)變化。srm作電動運行時，由蓄電池為變換器提供電能，如圖4b所示，當定轉(zhuǎn)子磁極接近對準位置時，觸發(fā)該相功率開關(guān)器件，相繞組電流接通，在此區(qū)域相電感增加(dl/d0>o)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，故sr電機拖動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，使其加速達到空車速度θ。在此之后，反過來由它拖動sr電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，當定轉(zhuǎn)子磁極從對準處離開時，觸發(fā)該相功率開關(guān)器件，相電流見圖4c，此時相電感逐漸減小(dl／d0<0)．所以電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，機械能轉(zhuǎn)化為電能，此時srm作發(fā)電運行，為飛機上各 |
