提高开关磁阻发电机输出功率的措施

    邓秋玲¹，黄守道²，肖锋¹

(1湖南工程学院，湖南湘潭41110I；2.湖南大学，湖南长沙410082)

    摘要：根据开关磁阻发电机(SRG)的发电原理，介绍了提高SRG输出功率的两种方法，重点介绍了一种新的开关策略，并对SRG在各种可能的开关角下进行了仿真。仿真结果表明：采用新的开关策略，适当选择开关角可以提高SRG的输出功率。

    关键词：开关磁阻发电机；开关策略；输出功率

    中图分类号：TM352  文献标识码：A  文章编号：1004-7018(2008)04-0009-03

O引  言

    根据陆地、海洋以及航空中对用电需要的日益增加，研制高效、故障容错和高密度发电机组已成为主要的目标。由于开关磁阻发电机(以下简称SRG)采用了新颖的发电原理和灵活的控制方式，具有常规发电机所不具有的独特优势，如发电品质好、系统坚固、功率密度高、制造成本低等优点。同时，由于它不采用永磁材料，在结构上没有易产生故障的转子绕组，其热损耗大部分集中在定子上，易于冷却，适合在恶劣的环境下工作。因此，无论在民用还是航空领域，开关磁阻发电机都具有较高的实用价值和广阔的应用前景。

    研究发电机控制策略的主要目标之一是提高发电机组的功率密度，增加发出的电功率与励磁功率的比值，是增大SRG产率的一个措施，除了能降低直流侧电容器的体积外，重要的是它能缓和直流侧的电流脉动。

1开关磁阻发电机的工作原理

    SRG驱动变换器应能在一个周期内完成为相绕组励磁，回馈电功率，使绕组退磁。为实现这个目的，传统的变换器电路结构为半桥逆变器，一相电路图如图l所示。

  SRG一相电压方程为：

式中：U_j、i_j，分别为j相电压和，相电流，R_j，为j相绕组电阻，Ψ_j表示由电流i_j产生的j相磁链，t是时间。由于结构的双凸极性和铁心的磁饱和，相电感L_j是电流和位置的函数。假定相间无磁的耦合，根据磁链的定义可得到：

1．1 SRG能量转换过程

    典型的发电运行控制及相电流波形如图2所示。定子齿极轴线与转子槽轴线重合时θ=0，此时相电感最小；定子齿极轴线与转子齿极轴线重合时θ=θ_m，此时相电感****。主开关的开通角和关断角分别为θ_on和θ_off。

    从图2可以看出，相电流可分为两个阶段：θ_on～θ_off为第一阶段，电源经过主开关对绕组供电，电机吸收电能，称为“励磁阶段”。根据图l，可以导出这一阶段的电流状态方程：

励磁阶段电流从零开始增加，在θ_off处相电流为ic。θ_off～θ_c为第二阶段，主开关s1、s2都关断。此为续流发电阶段，电流循续流二极管向电源回馈，此阶段的电流状态方程为：

1．2开关磁阻发电机的发电条件

    根据式(5)可知：若运动电势那么相电流在i_c的基础上将继续增大，而在一