開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)相電流解析分析
李聲晉1，勵(lì)慶孚1，盧 剛2，劉蕩波2，李金榮3
(1.西安交通大學(xué)，陜西 西安 710049；2．西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安 710072；3．西安愛帕克電力電子有限公司，陜西 西安 710061)
摘要：給出了開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)的相電路基本方程，分析了基于不飽和磁路條件的相磁鏈、相電感和相電流。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)；功率變換器；控制器
中圖分類號(hào)：tm352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)06-0008-02
1 橛 述
與常規(guī)的同步、異步、直流3大類電機(jī)一樣，開關(guān)磁阻電機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)(srm)，也可以作發(fā)電機(jī)(srg，屬自勵(lì)式無刷直流、交流發(fā)電機(jī))；但srm、srg是以磁阻效應(yīng)機(jī)理實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，與常規(guī)電機(jī)的切割磁力線原理有本質(zhì)差別，因此，在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)和發(fā)電機(jī)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換時(shí)，相繞組電流的方向并不改變，而是控制器控制相電流從相電感漸增區(qū)與相電感漸減區(qū)相互切換實(shí)現(xiàn)。就發(fā)電機(jī)而言，有刷直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能至電能的轉(zhuǎn)換足基于兩套繞組：旋轉(zhuǎn)電樞繞組切割靜止勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場；同樣，同步發(fā)電機(jī)（含稀土永磁同步發(fā)電機(jī)）是靜止電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換；而開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)僅定子上有一套靜止的集中繞組，該繞組通過功率變換器和控制器的分時(shí)協(xié)調(diào)控制，將勵(lì)磁功能和發(fā)電功能合二為一。該綜合雖然增加了非線性控制的復(fù)雜性，但由此卻使開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)具有常規(guī)發(fā)電機(jī)無以倫比的一系列獨(dú)特優(yōu)越性，例如可靠性高、余度及容錯(cuò)能力強(qiáng)、起動(dòng)／發(fā)電組合容易、應(yīng)急環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可維護(hù)性好以及發(fā)電容量大、效率高、功率密度高、品質(zhì)優(yōu)等[1]，是未來航空電源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向[2-3]。本文將對srg的相磁鏈、電感及相電流進(jìn)行解析分析。
2 相電路基本方程
假設(shè)：
(1) srg的磁路不飽和并忽略磁路的邊緣效應(yīng)。
(2)相繞組在轉(zhuǎn)子齒距周期θr= 2丌／2，內(nèi)僅開通、關(guān)斷1次且開通角為θ1，關(guān)斷角為δ。
(3)srg以勻角速度叫旋轉(zhuǎn)。
(4)母線電壓已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)u=const。
根據(jù)kirchhoff電壓定律，可分別列出srg在勵(lì)磁狀態(tài)（開關(guān)管t1和t2開通）和發(fā)電狀態(tài)(ti和t2關(guān)斷，二極管d1和d2導(dǎo)通)的電壓方程：
通常，相電阻壓降、△ut和△ud占母線電壓的比例較小，忽略其影響后，式(1)簡化為：
3 相磁鏈及相電感
由式(2)可首先得到相磁鏈9壬隨電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角口的變化規(guī)律：
考慮到srg設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)子齒極弧寬度略大于定子齒極弧寬度，因此，線性相電感隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化曲線必然有上平頂可得到srg相電感、相磁鏈曲線，見圖2a。
4 相電流解析分析
針對發(fā)電區(qū)域相電感、磁鏈各段的特征，依據(jù)式(1)、(2)，就可分段求得相電流的解析式，由圖2可知，該階段相電感為：
則由式(2)可得相電流微分方程為：
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