提高開關(guān)磁阻發(fā)電機輸出功率的措施

    鄧秋玲¹，黃守道²，肖鋒¹

(1湖南工程學(xué)院，湖南湘潭41110I；2.湖南大學(xué)，湖南長沙410082)

    摘要：根據(jù)開關(guān)磁阻發(fā)電機(SRG)的發(fā)電原理，介紹了提高SRG輸出功率的兩種方法，重點介紹了一種新的開關(guān)策略，并對SRG在各種可能的開關(guān)角下進行了仿真。仿真結(jié)果表明：采用新的開關(guān)策略，適當(dāng)選擇開關(guān)角可以提高SRG的輸出功率。

    關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻發(fā)電機；開關(guān)策略；輸出功率

    中圖分類號：TM352  文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A  文章編號：1004-7018(2008)04-0009-03

O引  言

    根據(jù)陸地、海洋以及航空中對用電需要的日益增加，研制高效、故障容錯和高密度發(fā)電機組已成為主要的目標(biāo)。由于開關(guān)磁阻發(fā)電機(以下簡稱SRG)采用了新穎的發(fā)電原理和靈活的控制方式，具有常規(guī)發(fā)電機所不具有的獨特優(yōu)勢，如發(fā)電品質(zhì)好、系統(tǒng)堅固、功率密度高、制造成本低等優(yōu)點。同時，由于它不采用永磁材料，在結(jié)構(gòu)上沒有易產(chǎn)生故障的轉(zhuǎn)子繞組，其熱損耗大部分集中在定子上，易于冷卻，適合在惡劣的環(huán)境下工作。因此，無論在民用還是航空領(lǐng)域，開關(guān)磁阻發(fā)電機都具有較高的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

    研究發(fā)電機控制策略的主要目標(biāo)之一是提高發(fā)電機組的功率密度，增加發(fā)出的電功率與勵磁功率的比值，是增大SRG產(chǎn)率的一個措施，除了能降低直流側(cè)電容器的體積外，重要的是它能緩和直流側(cè)的電流脈動。

1開關(guān)磁阻發(fā)電機的工作原理

    SRG驅(qū)動變換器應(yīng)能在一個周期內(nèi)完成為相繞組勵磁，回饋電功率，使繞組退磁。為實現(xiàn)這個目的，傳統(tǒng)的變換器電路結(jié)構(gòu)為半橋逆變器，一相電路圖如圖l所示。

  SRG一相電壓方程為：

式中：U_j、i_j，分別為j相電壓和，相電流，R_j，為j相繞組電阻，Ψ_j表示由電流i_j產(chǎn)生的j相磁鏈，t是時間。由于結(jié)構(gòu)的雙凸極性和鐵心的磁飽和，相電感L_j是電流和位置的函數(shù)。假定相間無磁的耦合，根據(jù)磁鏈的定義可得到：

1．1 SRG能量轉(zhuǎn)換過程

    典型的發(fā)電運行控制及相電流波形如圖2所示。定子齒極軸線與轉(zhuǎn)子槽軸線重合時θ=0，此時相電感最小；定子齒極軸線與轉(zhuǎn)子齒極軸線重合時θ=θ_m，此時相電感****。主開關(guān)的開通角和關(guān)斷角分別為θ_on和θ_off。

    從圖2可以看出，相電流可分為兩個階段：θ_on～θ_off為第一階段，電源經(jīng)過主開關(guān)對繞組供電，電機吸收電能，稱為“勵磁階段”。根據(jù)圖l，可以導(dǎo)出這一階段的電流狀態(tài)方程：

勵磁階段電流從零開始增加，在θ_off處相電流為ic。θ_off～θ_c為第二階段，主開關(guān)s1、s2都關(guān)斷。此為續(xù)流發(fā)電階段，電流循續(xù)流二極管向電源回饋，此階段的電流狀態(tài)方程為：

1．2開關(guān)磁阻發(fā)電機的發(fā)電條件

    根據(jù)式(5)可知：若運動電勢那么相電流在i_c的基礎(chǔ)上將繼續(xù)增大，而在一