开关磁阻电机发电运行的角度位置控制

　　首先分析开通角关断角对发电运行性能的影响，然后根据数值仿真结果，提出了一种采用调节开通角优化关断角的角度位里控制模式，并成功地运用于变速恒压开关磁阻发电实脸系统。

　　实验结果表明，角度位里控制模式具有控制简便，系统效率高及动静态性能优良等特。

　　点。

　　关键词发电电动机开关磁阻发电机凸极式发电机磁阻电机变换器闭环系统引言开关磁阻发电机）以其结构简单转子无绕组无永磁体可靠性高等特点，在许多特定场合下得到成功运用卜由于系统本身结构的特殊性，发电运行规律与一般电机不同励磁绕组与电枢绕组合一都是定子绕组敌其励磁与发电过程必须采用周期性分时控制，控制参数有开通角关断角励磁电压及励磁电流终值等，与开关磁阻电动机类似，其控制模式可分为脉宽调制控制电流斩波控制和角度位置控制等种。

　　控制模式就是通过调节进而控制输出功率。

　　目前关于控制的文献较少，如文涉及控制模式，并认为参数变化对输出功率影响极大，控制实现较为复杂。

　　本文通过理论分析和仿真计算，分别研究了夕对电机相电流和输出功率的影响，并根据其特点提出了一种适合于的控制方法。

　　发电运行的线性分析线性分析易于阐述发电运行的基本规律。

　　为便于叙述，本文以三相/4结构电机及不对称半桥变换器为例见图图中，定义转子槽轴线与定子齿轴线重合位置为转子齿轴线与定子齿轴线重合位置为夕一氏周期角为由于各相绕组工作状态对称，故仅对一相进行分析。

　　假设电机磁路不饱和，且不计漏磁和边缘散磁，则相绕组电感将按图所示梯形规律变化，且与电流无关。

　　图电机结构及主电路拓扑示意图中，夕一夕时刻主开关开始导通，在一口时刻关断。

　　即一阶段为励磁阶段，吸收电能阶段为发电阶段，电机向外输出电能。

　　由于电机绕组电阻影响很小，若忽略相绕组电阻及功率管导通压降，则相绕组电压平衡方程式及电磁转矩表达式为航空科学基金编号资助项目。

　　日期一修订日期一朱学忠，男，讲师。

　　年月生刘闯，男，博士研究生。

　　年月胜刘迪吉，男，教授，博士生导师，年月生。

　　第期朱学忠，等开关磁阻电机发电运行的角度位置控制阶段由于笼留一且相电感为最小值，相电流在作用下很快下降，同时相绕组中的磁能转换为电能输出。

　　在较大时，相电流可能续流到区，这将导致电机效率降低在较小偏小或转速较低时，相电流可能在相电感的区段内结束，影响电机电能输出，因此要优选口综上所述，为发电运行的励磁阶段，可控参数有夕等，其中口对系统性能影响较明显为发电阶段，输出电流不能直接控制，但可通过调节励磁阶段来控制发电过程。

　　一氏比曰。

　　右一。。

　　一卫冬闷图发电运行相电流线性解析图二二二孤。，二二二气丁二丈之艺虎蓄控制参数对系统静态性能的影响山一却一上式中，各量参考正方向如图所示。

　　式中励磁阶段发电阶段一为相绕组电势口为电机角速度。

　　式中为电磁转矩。

　　由的变化规律及式不难得出相电流的各段解析表达式图给出了的变化规律。

　　由图可知，与密切相关，励磁阶段所在的位置不同，相电流的波形也不同。

　　一般地，相电流的一个周期可分为个励磁阶段和两个发了电阶段阶段该阶段电机吸收电一部分转换为机械能口另一部分作为磁场储能的增量。

　　由于在对应一O时的值较大且韶相电流上升速度较慢。

　　阶段此阶段由于祛留一电流将以线性规律较快上升，吸收电能全部转化为磁场储能阶段由于刃运动电势与电源电压同方向，电流上升非常快，吸收的电能和机械能口 0）均转化为磁场储能。

　　因此，此阶段是非常有效的励磁阶段，延长即推迟则励磁电流终值增大，将非常有利于磁场能量的储存。

　　但是过分推迟会减少发电的有效区域，降低系统效率。

　　对输出电能和效率影响非常明显，所以整体方案设计时，应优选阶段当一定时，若转速较低，。

　　则一U.

　　一专口电流将下降。

　　若转速较高，则一乃叼。

　　留一阴们心认叫乃切脱一，一亩。

　　即运动电势大于电源电压，电流将继续上升。

　　该阶段为有效发电区，吸收机械能转换为电能输出口开关磁阻电机本身是个非线性系统，包括非线性磁路非线性主电路以及特殊的控制，特别是在脉冲性电流及转子步进运行中，无法像其他电机那样建立简单的数学模型。

　　线性分析有助于理解其运行原理，但其仿真精度不够，故需要进行非线性的计算机数值仿真。

　　以下将以/4结构的w样机为具体仿真对象。

　　稳态相电流的仿真与分析图为稳态运行时相电流波形仿真。

　　图为固定开通角和关断角在不同的转速下的相电流仿真波形。

　　由图可知，若固定，转速越高，相电流越小，发电能力越小。

　　为此，实际工作中，当转速变化时，若需保持输出功率不变，实时调节是有效的控制方法之一。

　　图为转速夕变化时的相电流仿真波形。

　　由图可知，在一定范围内提前夕将使励磁区长度和励磁强度增加，进而增大了发电电流的有效值，使输出功率增大。

　　图为同一转速变化时的相电流仿真波形。

　　比较图可知，氏对电机的相电流影响的规律是不同的，的变化对相电流轮廓影响不明显，相电流的峰值随夕变化也较均匀相反，相电流随变化非常明显，当氏时几乎输不出电能，当时相电流续流到区，将严重影响系统的效率。

　　发电的稳态优化控制图是仿真所得的与输出功率尸。

　　之间的关系图中标记处为w样机实测结果图中，关断角夕一固定不变，由图a）可知，输出功率尸。

　　随开通角的减小而近似线性增大，且南京航空航天大学报刀二华、洲1众蒸月叮加r心）只？t月诊盆可日一、试）尺二图输出功率尸。

　　变化规律实验研究巨图相电流波形仿真随转速的增加而减小图开通角固定不变，由图可知，为提高系统输出功率关断角夕有最优工作点，该最优点基本不随开通角及转速变化，同样尸。

　　随转速的增加而减小。

　　图中，输出功率尸。

　　随的增大而减小正是由于励磁与发电分时控制的特色所引起的，其原因是当转速增大而不变时，励磁时间相为对理论和仿真进行验证，把优化固定调节的控制模式应用于w航空起动/发电系统的发电运行。

　　图为该控制方案框图，电机及变换器采用图所示结构，发电时电机的转速范围为输出电压为直流实验结果证实了理论分析和仿真计算的有效性和正确性。

　　图角度位置控制框图一，孤。

　　一。

　　一一。，坷辆短，且下石刊盯哭大，便得赞但翻慨甩况犯。

　　e一氏。久2不够大，进而使输出功率变小，故在实际工作中，当输出功率一定时，应随转速的增大或输出功率的增大而变小，而应根据电机参数及工作状态选取最优值，以保证电机的输出功率与效率。

　　图为模式时发电的相电流实测波形，图中工作状态为转速一输出电压输出功率原动机为三相交流整流子电动机。

　　由于开通角与输出功率呈线性关系，其闭环调节器采用控制，模式的调节周期为电机的相电流周期，与电机的转速有关，速度越高，调节周期越短，系统的动态特性越好。

　　图为相同转速下系统由空载突加额定负载时的电压瞬变过程。

　　第期朱学忠，等开关磁阻电机发电运行的角度位置控制与有较好的线性关系，易于实现系统的快速稳定控制。

　　同时模式开关频率低与M模式相比损耗小，且电压的品质与转速有关，转速越高，电压的品质越好。

　　因此这种模式非常适用于高速大功率场合。

　　一工今二。

　　奋卜。，一专十护P、哎O一参考文献林图模式时相电流实测波形小喃十幻。s图模式时电压变化动态过程结论夕和对输出功率尸。

　　均有较大影响，均可作为系统的调节参数。

　　但采用优化调节的控制模式，一方面容易使电机在不同的转速下获得较大的输出功率和较高的效率，另一方面由于尸。

　　刘闯。

　　开关磁阻电机起动发电系统理论研究与工程实践学位论文南京南京航空航天大学，李磊。

　　开关磁阻电机起动/发电系统的研究与实践学位论文南京南京航空航天大学，刘闯，朱学忠，曹志亮，等。

　　开关磁阻起动/发电系统设计及实现〔J].

　　南京航空航天大学学报，刘迪吉，张焕春，傅丰礼，等。

　　并关磁阻调速电机北京机械工业出版社，乙一r一一