【正文】 從而相電流減??；當(dāng)檢測(cè)到的相電流小于給定電流的下限幅值時(shí)，開關(guān)器件開通，從而相電流增大。這種方式比較簡(jiǎn)單，但是由于相電流不可控，它的變換率很大，對(duì)于開通角θon和關(guān)斷角θoff的微小變化都具有十分敏感的反應(yīng)，在調(diào)節(jié)上具有困難，因此一般不選用APC方式。所以，在開關(guān)磁阻電機(jī)的控制中一般采用改變開通角θon而固定關(guān)斷角θoff的方式。開關(guān)磁阻電機(jī)的可控制量分別有繞組兩端的相電壓、相電流、開通角以及關(guān)斷角等參數(shù)，針對(duì)以上的變量的控制方式一般分為三種：角度位置控制（APC）、電流斬波控制（CCC）和脈寬調(diào)制控制（PWM）。SRG把從主軸輸入的機(jī)械能和儲(chǔ)存在電機(jī)磁路中的磁能轉(zhuǎn)化成電能輸出。SRG把從直流電源吸收的電能和從主軸輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成磁能，儲(chǔ)存在電機(jī)磁路中，相電流上升。勵(lì)磁電壓與發(fā)電電壓無(wú)關(guān)，兩者可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，控制比較方便。圖41 自勵(lì)模式下的不對(duì)稱功率變換器自勵(lì)模式中，建壓后不再需要外電源，系統(tǒng)體積較小，效率高，是比較常用的形式。以三相SRG為例，自勵(lì)模式和他勵(lì)模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖41,、42所示。由式(311)可見，在某一轉(zhuǎn)速度下，通電時(shí)相繞組磁鏈將以一恒定比率Us/ω隨導(dǎo)通角增加而增加；在關(guān)斷瞬間，即θ＝θoff處，磁鏈獲得最大值ψmax；關(guān)斷后，磁鏈則以恒定比率Us/ω下降，如圖33所示【11】。由圖32所示理想電感模型，在相電感的一個(gè)周期θ1～θ5內(nèi)，可以將相電感分成四段，則相電感與轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系式可以表示為： （39）式中：K=(Lmax?Lmin)/(θ2?θ1)=(Lmax?Lmin)/βs；Lmin—相電感最小值；Lmax—相電感最大值；βs—定子極弧。在θ4～θ5區(qū)域內(nèi)，轉(zhuǎn)子凸極與定子磁極不相重疊，電感保持最小值 Lmin不變。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過θ1后，相電感開始線性上升至θ2，θ2為轉(zhuǎn)子凸極前沿與定子磁極前沿重疊處，這時(shí)轉(zhuǎn)子凸極與定子磁極完全疊，相電感變?yōu)樽畲笾?Lmax。本文采用線性模型。（3） 非線性模型 針對(duì)不同的相電流值，計(jì)算得到相電感曲線，再結(jié)合傅立葉分解和曲線擬合的方法，將相電感表示為相電流和轉(zhuǎn)子位置角的函數(shù)。（2） 準(zhǔn)線性模型 為了避免繁瑣的計(jì)算，又近似考慮磁路的飽和效應(yīng)，可以將實(shí)際的非線性磁化曲線進(jìn)行分段線性化的近似處理，且忽略磁耦合的影響。到目前為止，主要采用四種方法建立SRG的數(shù)學(xué)模型：理想線性模型、準(zhǔn)線性模型、非線性模型和查表法。式中“＋”為繞組與電源導(dǎo)通期間；“－”為繞組與電源關(guān)斷后續(xù)流期間【10】。因此，第k相繞組的磁鏈 ψk為： （33）因?yàn)镾RG磁路的非線性，每相繞組的電感Lk是相電流ik與轉(zhuǎn)子位置角θ的函數(shù)【9】。圖31 一相繞組等效電路圖圖31（a）中，開關(guān)管 TkTk2導(dǎo)通，電機(jī)繞組處于勵(lì)磁狀態(tài)，此時(shí)的狀態(tài)下相繞組的電壓方程為： （31）式中：Uk—第k相繞組的電壓；Rk—第k相繞組的電阻；ik—第k相繞組的電流；Lk—第k相繞組的電感； θ—轉(zhuǎn)子位置角； ω—電機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械角速度，ω=dθ/dt。最后詳細(xì)論述了開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電運(yùn)行的特點(diǎn)。（3） 電機(jī)的發(fā)電運(yùn)行輸出的是脈沖電能，如果想得到穩(wěn)定的輸出電壓，那么在輸出端則必須并聯(lián)儲(chǔ)能裝置，例如蓄電池或者是大容量的電解電容等。它的發(fā)電過程本身不能直接進(jìn)行控制，只能夠通過對(duì)于勵(lì)磁過程的調(diào)節(jié)，來控制發(fā)電量的輸出。對(duì)于開關(guān)磁阻電機(jī)來說，從自啟動(dòng)的能力和能否正反轉(zhuǎn)等方面來考慮，其相數(shù)m≥3，且一般都滿足 （26）式中：Zs——定子的齒極數(shù)；Zr——為轉(zhuǎn)子的齒極數(shù)。在開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電的實(shí)際運(yùn)行的過程中，由于存在的一些外界的制約因素，發(fā)電的勵(lì)磁強(qiáng)度總是受到限制。從式（23）中可以看到，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低時(shí)，則Ic越大，說明在低速的時(shí)候電機(jī)比較容易勵(lì)磁，式（23）用角度的方式來表示可以得到 （24）由式（24）可以得到：當(dāng)轉(zhuǎn)速越低時(shí)，則發(fā)電區(qū)的電流值就越大，因?yàn)楫?dāng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和外加的電壓一定的時(shí)候，發(fā)電運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)的大小就取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也取決于勵(lì)磁電流的大小Ic。如果轉(zhuǎn)速過高，則運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)將大于反相電壓，L（di/dt)0,發(fā)電階段的相電流將上升。這也是開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)電運(yùn)行的實(shí)際控制的特殊性。兩者的區(qū)別僅在于，前者的勵(lì)磁階段位于電感減小的區(qū)間，而后者則位于電感增大的區(qū)間。轉(zhuǎn)子沒有繞組，定子繞組可根據(jù)需要采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)合的形式在各極上得到徑磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子帶有位置檢測(cè)器以提供轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，使定子繞組按一定的順序通斷，保持電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。圖22 開關(guān)磁阻電機(jī)一相電路原理圖圖22是一臺(tái)12∕8極SR電機(jī)結(jié)構(gòu)和一相電路的示意圖，定子有3相，每相2對(duì)極，共12個(gè)極，即12組繞組。以上的各個(gè)部分相輔相成，構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體，共同完成著磁阻電機(jī)的發(fā)電功能。磁阻電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換的核心部件。開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)可以設(shè)計(jì)成多種類不同相數(shù)的結(jié)構(gòu)，而且定子和轉(zhuǎn)子的極數(shù)可以有不同的搭配。進(jìn)行開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)輸出電壓控制的設(shè)計(jì)。此外，由于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)易于維護(hù)，可以工作在某些惡劣的環(huán)境下，因此其在風(fēng)力發(fā)電中得到廣泛應(yīng)用【5】。同時(shí)，在對(duì)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)電機(jī)的仿真、設(shè)計(jì)理論和磁場(chǎng)數(shù)值分析等方面也做了許多工作。PWM控制方式的調(diào)節(jié)周期是PWM信號(hào)的周期,它的調(diào)節(jié)周期比CCC控制方式短,而且占空比和勵(lì)磁電流具有很好的線性關(guān)系,可控性良好,尤其是在低速時(shí)它的控制特性優(yōu)于CCC控制方式。 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新型調(diào)速電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。但是我國(guó)SR電機(jī)的理論研究與實(shí)際應(yīng)用中仍存在很大不足，與世界先進(jìn)國(guó)家之間仍有很大差距【2】。我國(guó)從1984年開始，以較高的起點(diǎn)開始SR電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究、開發(fā)工作，目前已經(jīng)研制了50W~30kW、20多個(gè)規(guī)格的工業(yè)產(chǎn)品樣機(jī)，國(guó)內(nèi)關(guān)于SRD研究的書刊也相繼出版。 MATLAB simulationLXXVII 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 選題目的和意義 1 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 2 研究的基本內(nèi)容 3第2章 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 4 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu) 4 開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理 5 開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電狀態(tài)的工作特點(diǎn) 6 開關(guān)磁阻電機(jī)的有效發(fā)電條件 6 開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電運(yùn)行的自然輸出特性 7 開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電運(yùn)行的等效模型 8 開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電運(yùn)行的特點(diǎn) 9 本章小結(jié) 9第3章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的方程及其數(shù)學(xué)模型 10 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的方程 10 電壓方程 10 磁鏈方程 11 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程 11 轉(zhuǎn)矩方程 12 電動(dòng)勢(shì)平衡方程 12 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 12 相電感的數(shù)學(xué)模型 14 相磁鏈的數(shù)學(xué)模型 15 本章小結(jié) 16第4章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng) 17 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱功率變換器 17 自勵(lì)模式 17 他勵(lì)模式 17 不對(duì)稱功率變換器的工作狀態(tài) 18 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制方式 19 角度位置控制（APC） 20 電流斬波控制（CCC） 21 脈寬調(diào)制控制（PWM） 22 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 23 穩(wěn)壓裝置 23 滯環(huán)控制器 24 電壓指令發(fā)生器 25 本章小結(jié) 26第5章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)輸出電壓控制系統(tǒng)的仿真 27 仿真參數(shù)的設(shè)置 27 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)線性模型仿真 27 相電感仿真模型 28 相電流控制仿真模型 28 不對(duì)稱功率變換器仿真模型 30 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的典型的仿真模型 31 本章小結(jié) 40結(jié)論 41參考文獻(xiàn) 42致謝 44附錄1 開題報(bào)告 45附錄2 文獻(xiàn)綜述 49附錄3 中期報(bào)告 52附錄4 中文譯文 63附錄5 外文原文 68III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景1842年在英國(guó)研制出了類似SR電機(jī)的電磁制動(dòng)機(jī)，但是由于當(dāng)時(shí)條件的限制并未得到發(fā)展，直至20世紀(jì)60年代，隨著晶閘管的使用，SR電機(jī)重新煥發(fā)新生。s not only coil winding on the rotor magnetic pole, but also no permanent pared with other motors, it was good in simple structure, strong, high torque to inertia ratio and wide speed range and so on. Now widely used in aviation, traction, and home , the motor39。然而在中低速下的發(fā)電階段期間電機(jī)的運(yùn)動(dòng)電勢(shì)有可能會(huì)低于發(fā)電電壓，從而使電機(jī)利用率和轉(zhuǎn)換效率降低。利用MATLAB軟件對(duì)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析進(jìn)行開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出電壓控制系統(tǒng)仿真整理仿真數(shù)據(jù)，并撰寫論文指導(dǎo)教師：李珍國(guó)職稱：副教授 年 月 日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要摘要開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有穩(wěn)固、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、工作可靠、成本低廉、系統(tǒng)可靈活控制、調(diào)速性能優(yōu)良、運(yùn)行效率較高、溫度上升低等多個(gè)有點(diǎn)，他綜合了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)固耐用、比較適用于惡劣環(huán)境下的使用的優(yōu)良特性和直流調(diào)速系統(tǒng)關(guān)于優(yōu)良的可控制性的特點(diǎn)，被專家視為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展過程中的一個(gè)里程碑。按學(xué)院指定的地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照進(jìn)度計(jì)劃完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。學(xué)會(huì)用Matlab軟件，并進(jìn)行開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的運(yùn)行仿真。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)輸出電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電氣工程系學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)應(yīng)電093題目題目名稱開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目性質(zhì)：工程設(shè)計(jì) （√ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）。了解和掌握開關(guān)磁阻電機(jī)母線電壓控制系統(tǒng)的構(gòu)成和各個(gè)環(huán)節(jié)以及設(shè)計(jì)。說明書及插圖一律打印，要求條理清晰、文筆流暢、圖形及文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。了解和掌握輸出電壓控制方法?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、牽引和家用電器等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞　開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)；電流斬波；電壓閉環(huán)；MATLAB仿真I 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractSwitched reluctance motor control system with a solid, simple structure, reliable operation, low cost, flexible controlled system, speed performance, high efficiency, low temperature rise of more than a little. It bines the advantages of the AC variable speed system such as stable and durable, more suitable for harsh environment used and the DC speed control system such as it can be controlled easily. Which is seen by experts as a milestone in the development of electric drive system. The stator poles and rotor poles of the Switched Reluctance Generator (SRG) are all salient pole shape, and only on the stator pole has concentrated coil around, there39。 Voltage loop。目前，SR電機(jī)在國(guó)外已經(jīng)得到很大的發(fā)展，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、家用電器、通用工業(yè)、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電機(jī)、高轉(zhuǎn)速電機(jī)等【1】。目前，南京航空航天大學(xué)與陜西航空電氣有限責(zé)任公司正在進(jìn)行合作，正在研發(fā)大功率的開關(guān)磁阻起動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。通過對(duì)于本課題的研究，可以為開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)，有利于提高開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)在飛機(jī)、艦船和風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域獲得更為廣泛的應(yīng)用有著重要意義。CCC控制方案能夠確保變換器的可靠工作，同時(shí)減小了相電流對(duì)于開關(guān)管的沖擊，能夠有效的實(shí)現(xiàn)低脈動(dòng)的恒壓發(fā)電。而在我國(guó)關(guān)于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電方面的研究也取得了比較高的成績(jī)【4】。由于它具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能較優(yōu)異，而且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率，系統(tǒng)的可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，SRD產(chǎn)品已經(jīng)廣泛或者開始應(yīng)用于機(jī)床設(shè)備、泵類負(fù)載、油田、紡織設(shè)備、家用電器、電動(dòng)車與驅(qū)動(dòng)、煤炭工業(yè)、高速運(yùn)行應(yīng)用場(chǎng)合等。學(xué)會(huì)用MATLAB軟件，并進(jìn)行開關(guān)磁