开关磁阻无刷发电机相电流解析分析
李声晋1，励庆孚1，卢 刚2，刘荡波2，李金荣3
(1.西安交通大学，陕西 西安 710049；2．西北工业大学，陕西西安 710072；3．西安爱帕克电力电子有限公司，陕西 西安 710061)
摘要：给出了开关磁阻无刷发电机的相电路基本方程，分析了基于不饱和磁路条件的相磁链、相电感和相电流。
关键词：开关磁阻发电机；功率变换器；控制器
中图分类号：tm352 文献标识码：a 文章编号：1001-6848(2000)06-0008-02
1 橛 述
与常规的同步、异步、直流3大类电机一样，开关磁阻电机既可以作电动机(srm)，也可以作发电机(srg，属自励式无刷直流、交流发电机)；但srm、srg是以磁阻效应机理实现机电能量转换，与常规电机的切割磁力线原理有本质差别，因此，在电动机状态和发电机状态相互转换时，相绕组电流的方向并不改变，而是控制器控制相电流从相电感渐增区与相电感渐减区相互切换实现。就发电机而言，有刷直流发电机实现机械能至电能的转换足基于两套绕组：旋转电枢绕组切割静止励磁绕组产生的磁场；同样，同步发电机（含稀土永磁同步发电机）是静止电枢绕组切割旋转励磁绕组产生的磁场实现机电能量转换；而开关磁阻发电机仅定子上有一套静止的集中绕组，该绕组通过功率变换器和控制器的分时协调控制，将励磁功能和发电功能合二为一。该综合虽然增加了非线性控制的复杂性，但由此却使开关磁阻无刷发电机具有常规发电机无以伦比的一系列独特优越性，例如可靠性高、余度及容错能力强、起动／发电组合容易、应急环境适应性强、可维护性好以及发电容量大、效率高、功率密度高、品质优等[1]，是未来航空电源系统的重要发展方向[2-3]。本文将对srg的相磁链、电感及相电流进行解析分析。
2 相电路基本方程
假设：
(1) srg的磁路不饱和并忽略磁路的边缘效应。
(2)相绕组在转子齿距周期θr= 2丌／2，内仅开通、关断1次且开通角为θ1，关断角为δ。
(3)srg以匀角速度叫旋转。
(4)母线电压已进入稳态u=const。
根据kirchhoff电压定律，可分别列出srg在励磁状态（开关管t1和t2开通）和发电状态(ti和t2关断，二极管d1和d2导通)的电压方程：
通常，相电阻压降、△ut和△ud占母线电压的比例较小，忽略其影响后，式(1)简化为：
3 相磁链及相电感
由式(2)可首先得到相磁链9壬随电机转子转角口的变化规律：
考虑到srg设计时，转子齿极弧宽度略大于定子齿极弧宽度，因此，线性相电感随转子转角的变化曲线必然有上平顶可得到srg相电感、相磁链曲线，见图2a。
4 相电流解析分析
针对发电区域相电感、磁链各段的特征，依据式(1)、(2)，就可分段求得相电流的解析式，由图2可知，该阶段相电感为：
则由式(2)可得相电流微分方程为：
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