基于ansoft的单相开关磁阻发电机系统仿真与试验
晏桂林1， 丁文2
(1湖南省电力公司试验研究院高压所，湖南长沙41 50002西安交通大学，陕西西安710049)
摘要：基于ansoft/maxwell 2d的仿真环境，建立了8/8极单相开关磁阻发电机(src)的系统仿真模型，对单相srg的静态和动态基本特性进行了仿真研究，仿真结果可以用于指某种新型电机及其控制系统的设计和优化。在此基础上设计了单相src硬件试验系统，试验结果验证了仿真分析的正确性。
关键词：单相开关磁阻发电机；ansoft仿真；控制策略
中图分类号：tm 352,tm 31 文献标志码：a文章编号：1673-6540(2010)07-0011-05
0 引 言
开关磁阻发电机( src)作为一种新型结构的电机，在不改变控制器和电机本体只需要政变控制策略的情况下就可以在四象限运行，非常灵活。但从整个研究方向和力度来看，开关磁阻电机(srm)自20世纪70年代问世以来，多集中于研究开发调速电动机，极少涉及发电方面的研究，而单相srg的研究则更少。单相src作为发电机运行具有自身的许多优势：
(1)结构简单可靠，适用于宽转速范围内的发电系统，单相多极发电机还具有很强的发电容错能力；
(2)控制器简单，主电路只需要一组功率开关管和二极管，有利于降低发电系统成本，简化控制算法；
(3)对于带蓄电池的离网型发电系统，单相src输出的脉动电流有利于消除蓄电池的电化学极化，实现优化充电。
ansoft公司的maxwell 2d是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。本文采用maxwell 2d软件建立单相srm、功率变换器和驱动电路模型，完成了单相srm驱动系统的仿真研究并进行了试验分析。
1ansoft二维瞬态场仿真模型的建立
1_1单相srg工作原理及仿真模型
单相src是一种双凸极结构的磁阻电机，定子上有集中绕组，转子既无绕组又无永磁体。图1为典型的单相8/8极srg杀统，图中8个绕组拓扑结构采用全部并联的形式，绕组中电流方向如箭头所示。
磁阻电机的转子由原动机拖动旋转，通过转子位置传感器实现位置闭环，控制电机实现励磁和发电续流状态转换。主开关导通时，相绕组就形成电流，之后关断主开关，由于绕组中电流不会立即消失，电感储能将继续循续流二极管流通，并向负载或蓄电池回馈电能。磁阻电机的凸极效应使相绕组成为有源线圈传递能量，实现发电状态工作。表1给出了仿真对象的主要参数。
利用ansoft软件中的maxwell 2d模块建立单相srg的二维有限元模型，建模过程如下：
(1)选择求解平面；
(2)确定电机结构尺寸数据，画出电机模型；
(3)确定电机材料属性；
(4)确定有限元计算的边界条件和外加激励源：
(5)确定计算过程中是否考虑各种损耗；
(6)确定动态参量，包括运动边界、外加载荷、时间步长等。
1.2功率变换器模型
功率变换器承担着励磁功率输入与发电功率输出的双熏任务，maxwell 2d中的功率变换器模型如图2所示。其中s1、s2为电压控制型开关，其开通、关断由控制电路决定；w、w2为电流控制型开关，其目的是为了实现电流斩波控制算法，将同路电流控制在可预见的范围之内，实现对负载的可靠供电。
1.3驱动电路模型
src系统的运行依赖于转子的位置信号，从而为功率开关提供正确的开通、关断信号。由于anosft带有位置变量p，可以利用变量p得到转子运行的位置。利用maxwell 2d提供的电路元件建立简单的驱动电路模型，如图3所示。
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