高功率密度开关磁阻起动和发电机进展
周青苗，李声晋，韩英桃
(西北工业大学，陕西西安 710072)
摘要：介绍国外开关磁阻起动／发电机系统的发展情况及研究趋势，并对系统各组成部分进行了详细分析。
关键词：组合起动／发电机i开关磁阻电机}发展
中图分类号：tm352 文献标识码：b 文章编号：1001-6848(2000)01-0031-03
1概述
近年，现代控制理论、高速微处理器和功率电子技术的发展，以及新型材料、功率开关器件的涌现，为航空系统的快速发展奠定了坚实的理论和物质基础。自80年代起，国外开始研制一种新型多电飞机[1，2]，用电系统取代目前飞机上液压、气压和机械系统，该系统具有大容量供电系统，并广泛采用电力作动技术。研究表明，采用多电飞机方案，系统具有可靠性高、飞行性能好的特点，而且飞机生存性能强，维修性好，保障性好，从而大大节省了费用。
为了实施多电飞机方案，必须发展大容量的飞机发电系统，经过反复论证，最终确定在常规的变速恒频系统基础上研制270v高压直流和115v、400hz恒频交流的双输出系统。图1显示了270vd。115vd。混合起动和发电机的近似的转矩一速度特性。在发动机起动时，电机作为电动机运行，使发动机加速，在较低转速范围必须提供恒传矩，在较高转速时电机输出恒功率，一旦发动机达到空车速度，电机作为发电运行，为飞符器负载提供电能。
由文献3知，为实现起动和发电功能，根据高转速、高功率密度、可靠性及成本要求，对众多电机类型进行考核，最终选择开关磁阻电机(srm)。sr电机是定转子的双凸极、定子集中相绕组、无永磁体和转子绕组的无刷同步电机。其简单的迭片结构，使其能在很高转速下运行，且具有高温工作的潜能，同时
图1起动和发电机系统转矩一速度特性曲线由于其功率变换器的独特结构，电机相绕组在物理上和电磁上彼此隔离，无直通现象，因此具有高容错性。
2起动和发电机系统构成
一个典型的起动和发电机的简单方框图见图2，sr电机转子直接安装在发动机轴上，采用无刷分相器将转子角度信息传递给控制器，使电机励磁与转子位置同步。
3开关磁阻电机
sr电机的简单示意图如图3所示，定子每相绕阻是由径向相对的两个磁极的线圈串联构成。sr电机的运行亦遵循“磁阻最小原理”——磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，因此，距被励磁的定子极最近的转子极有向该定子极移动、并直到最小磁阻位置的趋势。
当磁路不饱合时，sr电机产生的转矩为：
式中，i是相电流，己是相绕组电感，θ是转子角，由式(1)知，sr电机转矩的大小是由相电流幅值及电感变化率决定，转距的方向不取决于电流正负，而是由相电流脉冲相对于相电感的变化率d1/d0的位置决定。
图4a是理想的相电感随转子角变化曲线，当定子凸极中心线与转子凹槽中心线重合时，相电感最小；当定转子凸极中心线对准时，相电感达到****值，因此，随着转子的转动，相电感在最小值与****值间连续变化。srm作电动运行时，由蓄电池为变换器提供电能，如图4b所示，当定转子磁极接近对准位置时，触发该相功率开关器件，相绕组电流接通，在此区域相电感增加(dl/d0>o)，电磁转矩与转子旋转方向相同，故sr电机拖动发动机旋转，使其加速达到空车速度θ。在此之后，反过来由它拖动sr电机转轴转动，当定转子磁极从对准处离开时，触发该相功率开关器件，相电流见图4c，此时相电感逐渐减小(dl／d0<0)．所以电磁转矩与转向相反，机械能转化为电能，此时srm作发电运行，为飞机上各 |
