開關磁阻無刷發電機相電流解析分析
李聲晉1，勵慶孚1，盧 剛2，劉蕩波2，李金榮3
(1.西安交通大學，陜西 西安 710049；2．西北工業大學，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：給出了開關磁阻無刷發電機的相電路基本方程，分析了基于不飽和磁路條件的相磁鏈、相電感和相電流。
關鍵詞：開關磁阻發電機；功率變換器；控制器
中圖分類號：tm352 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)06-0008-02
1 橛 述
與常規的同步、異步、直流3大類電機一樣，開關磁阻電機既可以作電動機(srm)，也可以作發電機(srg，屬自勵式無刷直流、交流發電機)；但srm、srg是以磁阻效應機理實現機電能量轉換，與常規電機的切割磁力線原理有本質差別，因此，在電動機狀態和發電機狀態相互轉換時，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與相電感漸減區相互切換實現。就發電機而言，有刷直流發電機實現機械能至電能的轉換足基于兩套繞組：旋轉電樞繞組切割靜止勵磁繞組產生的磁場；同樣，同步發電機（含稀土永磁同步發電機）是靜止電樞繞組切割旋轉勵磁繞組產生的磁場實現機電能量轉換；而開關磁阻發電機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協調控制，將勵磁功能和發電功能合二為一。該綜合雖然增加了非線性控制的復雜性，但由此卻使開關磁阻無刷發電機具有常規發電機無以倫比的一系列獨特優越性，例如可靠性高、余度及容錯能力強、起動／發電組合容易、應急環境適應性強、可維護性好以及發電容量大、效率高、功率密度高、品質優等[1]，是未來航空電源系統的重要發展方向[2-3]。本文將對srg的相磁鏈、電感及相電流進行解析分析。
2 相電路基本方程
假設：
(1) srg的磁路不飽和并忽略磁路的邊緣效應。
(2)相繞組在轉子齒距周期θr= 2丌／2，內僅開通、關斷1次且開通角為θ1，關斷角為δ。
(3)srg以勻角速度叫旋轉。
(4)母線電壓已進入穩態u=const。
根據kirchhoff電壓定律，可分別列出srg在勵磁狀態（開關管t1和t2開通）和發電狀態(ti和t2關斷，二極管d1和d2導通)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壬隨電機轉子轉角口的變化規律：
考慮到srg設計時，轉子齒極弧寬度略大于定子齒極弧寬度，因此，線性相電感隨轉子轉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
針對發電區域相電感、磁鏈各段的特征，依據式(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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