【正文】 else if(deta_im=*i_ref) u=s。(thetatheta_off)) if(deta_im=*i_ref) u=s。在第 5章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)輸出電壓控制系統(tǒng)的仿真 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的勵磁階段，對于相電流進(jìn)行滯環(huán)控制；在開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的發(fā)電階段，如果能夠?qū)λ南嚯娏骼^續(xù)進(jìn)行滯環(huán)控制，那么就可以使相電流的波形能夠接近理想的方波形式。 else if (theta) L=L_max(L_maxL_min)/theta_rise*()。由開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的電壓方程和它的轉(zhuǎn)矩方程可以得到相電流和相轉(zhuǎn)矩的模型 【 9】 。 θ2=176。 轉(zhuǎn)子極弧 16186。具體的參數(shù)如表 81所示。 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 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 本文采用的仿真軟件為 MATLAB， MATLAB 是 Matrix Laboratory 的縮寫，它是 Mathworks 公司于 1984 年推出的專門用于為計算機(jī)解決數(shù)學(xué)問題而誕生的一款軟件，它作為一個高級的進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和運(yùn)算的軟件，具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算功能。 【 9】 本章小結(jié) 本章主要介紹了關(guān)于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的兩種模式的不對稱橋式功率變換器，這兩種模式分別為自勵模式和他勵模式，并且對自勵模式下的不對稱功率變換器的工作狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。由式 (47)可以看出 C o n s teUsUc ?? ?? * （ 47） 式中： ωe為開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的額定旋轉(zhuǎn)機(jī)械角速度。 ????????????????iiiiimSiiS TkTk????1)1(0m ）（ （ 44） ?????????????????iiiiimSiimS TkTk????0)1(1)( （ 45） 其中： ε為脈動系數(shù)。它的第 k相的繞組的發(fā)電階段和勵磁階段的控制過程如圖 48所示 【 9】 。通過反復(fù)的試湊，可以得到較為合適的 kp值和 ki值。通過輸出的各相主開關(guān)的觸發(fā)信號來觸發(fā)功率管，實現(xiàn)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的勵磁和發(fā)電的交替進(jìn)行，源 源不斷的將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。同時位置檢測器檢測轉(zhuǎn)子的每相的實時位置信號 θk。 綜上所述，常常采用電流斬波控制方式對開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行控制。同時 D 越大，則勵磁電流越大，SRG 的有效輸出電源也就越大。與后面的 PWM 方式相比，又具有了較小的開關(guān)損耗，因此是比較常用的控制方式。 圖 45 CCC 控制方式 本次畢設(shè)采用的 CCC 方式是通過設(shè)置斬波閾值，來限制相電流的上、下幅值。但是 θon 的過小或者 θoff 的過大反而會使開 關(guān) 信 號L ， iL ( θ )θ o nθ o f fi ( θ )θ第 4章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng) SRG 的發(fā)電能力降低，因此在控制時應(yīng)該找到一個合適的值使其具有盡量大的發(fā)電能力。由于只改變開通角 θon 可改變電流波形的寬度、峰值和有效值大小和電流波形與電感波形的相對位置，從而能夠改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；然而關(guān)斷角 θoff 一般不影響電流的峰值，但是它能改變電流波形的寬度還有電 流波形與電感波形的相對位置。但是，開關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)部的電磁過程依然建立在電磁感應(yīng)定律、全電流定律、能量守恒定律等基本電磁關(guān)系的基礎(chǔ)上。其電壓方程為： ?? ????? Laiadtd i aLai a R a0 （ 42） 圖 43(c)中， A 相上下兩個開關(guān)管 Ta Ta2 同時關(guān)斷，此時加到相繞組上的電壓為負(fù)的直流電壓 Uc，相繞組處于 發(fā)電狀態(tài)，相電流通過二極管Da Da2 續(xù)流。 圖 43 自勵模式功率變換器的工作狀態(tài) 圖 43(a)中， A 相上下兩個開關(guān)管 Ta Ta2 同時導(dǎo)通，此時加到相繞組上的電壓為正的直流電壓 Uc，相繞組處于勵磁狀態(tài)。 圖 42 他勵模式下的不對稱功率變換器 他勵模式中，勵磁回路與發(fā)電回路彼此獨(dú)立。以 A 相為例，當(dāng)開關(guān)管Ta Ta2 導(dǎo)通時，電路處于勵磁狀態(tài)，電容 C 對 A 相繞組進(jìn)行勵磁，同時給負(fù)載供電；當(dāng)開關(guān)管 Ta Ta2 關(guān)斷時，電路處于發(fā)電狀態(tài)， A 相電流通過二極管 Da Da2 續(xù)流，繞組電流方向保持不變，但直流母線電流方向相反，一方面給電容 C 充電，另一方面給負(fù)載供電 【 9】【 11】 。 ψ 0θ Ψ m a x Θ o n Θ o f f第 4章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng) 第 4章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng) 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的不對稱功率變換器 SRG 的不對稱橋式功率變換器有自勵模式和他勵模式之分，兩者的主要區(qū)別在于電源的連接方式不同。則 ψo(hù)ffmax=ψ，磁鏈分段線性解析式為： ? ???????????????ono f fo f fono f fUso f fononUs????????????????22)(）（ （ 311） 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 式中 θon、 θoff 分別表示開通角和關(guān)斷角。相電感隨轉(zhuǎn)子位置角的變化關(guān)系如圖 32 所示 【 1】【 9】 。 θ3為轉(zhuǎn)子凸極后沿與定子磁極后沿相遇的位置，至此，相電感開始線性下降，直到 θ4處降為最小值 Lmin， θ4為轉(zhuǎn)子凸極后沿與θ 1 θ 2θ u θ 3θ 4θ aθ 5L m a xθL ( θ )第 3章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的方程和數(shù)學(xué)模型 15 定子磁極前沿重合處。 相電感的數(shù)學(xué)模型 圖 32 相電感線性模型 SRG 在原動機(jī)帶動下沿順時針方向旋轉(zhuǎn)， θ1為轉(zhuǎn)子凸極的前沿與定子磁極的后沿相遇的位置。 這種方法較為直接，也較為精確，既可用于穩(wěn)態(tài)分析，也可用于求解瞬 態(tài)問題 【 9】【 11】 。但精確性仍然較差，計算誤差同樣不盡人意。但求解的 誤差較大，精度較低。因此，在性能分析求解數(shù)學(xué)模型時應(yīng)當(dāng)在實用和理論之間折衷處理。 電動勢平衡方程 由電路的基本定理寫出電機(jī)單相電 動勢平衡方程式： iRdtdUs ??? ? （ 38） 其中 Us 為母線電壓， i 為瞬時相電流， θ 為轉(zhuǎn)子位置角， R 為繞組電阻，ψ( i,θ)為磁鏈，其大小與電流 i 和轉(zhuǎn)子位置角 θ 有關(guān)。 機(jī)械運(yùn)動方程 根據(jù)力學(xué)原理，可以寫出 SRG 在原動機(jī)轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子的機(jī)械運(yùn)動方程為： dtJdDTeT /1 ?? ??? （ 34） 式中： T1—原動機(jī)轉(zhuǎn)矩； Te—電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩； D—阻尼系數(shù)； J—電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量。 圖 31（ b）中，當(dāng)開關(guān)管 Tk Tk2 關(guān)斷，相電流通過二極管 Dk Dk2續(xù)流，電機(jī)繞組處于發(fā)電狀態(tài)，此狀態(tài)下相繞組的電壓方程為： ?????? // Lki k wdtL k d i ki k RkUk （ 32） 在電壓方程中，等式右端第一項為第 k 相回路中的電阻壓降；第二項是由相電流變化引起繞組中的磁鏈變化而感應(yīng)的電動勢，稱為變壓器電動勢；第三項是由轉(zhuǎn)子位置角改變引起繞組中的磁鏈變化而感應(yīng)的電動勢，稱為運(yùn)動電動勢 【 9】 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 3章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的方程及其數(shù)學(xué)模型 SRG 運(yùn)行理論與任何電磁式機(jī)電裝置運(yùn)行理論在本質(zhì)上沒有區(qū)別，其主要有以下方程式組成，由此可以建立 SRG 的數(shù)學(xué)模型。 （ 4） 開關(guān)磁阻電 機(jī)的發(fā)電運(yùn)行具有比較好的調(diào)節(jié)性，它的可控參數(shù)比較多 【 1】 。而且在低速的時候發(fā)電輸出的動態(tài)性能會比較差，而且隨著轉(zhuǎn)速的升高，電機(jī)輸出的動態(tài)性能會越來越好。 對于多相的開關(guān)磁阻電機(jī)而言，由于它的繞組具有電流源的特性，所以第 2章 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 9 即使是在缺相的條件 下，它仍然能正常工作，因而開關(guān)磁阻電機(jī)具有很高的容錯性，綜合以上的考慮選擇三相 12/8 極開關(guān)磁阻電機(jī)，可能夠?qū)崿F(xiàn)啟動 /發(fā)電的功能。從這個角度看，開關(guān)磁阻電機(jī)的速度越高就會 越有利于它的發(fā)電運(yùn)行，低速發(fā)電的時候效率會偏低。式（ 24）說明 了開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)電運(yùn)行在低速的時候容易出力，這就是它的自然特性，也是開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的發(fā)電運(yùn)行的優(yōu)點之一。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)有效的發(fā)電運(yùn)行，需要在發(fā)電區(qū)域的起始處滿足 0????? ??LIcU （ 22） 式中： Ic 為勵磁電流。 開關(guān)磁阻電機(jī)的有效發(fā)電條件 開關(guān)磁阻電機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行時其輸出的功率是發(fā)電功率和勵磁功率的差，為了能夠輸出更大的功率，發(fā)電區(qū)域的電流需要足夠大。因此，合適的控制每相通電的開關(guān)時刻，可以使開關(guān)磁 阻電機(jī)運(yùn)行在電動或發(fā)電的工作狀態(tài)。電機(jī)每相繞組遇到的磁阻隨著轉(zhuǎn)子磁極的中心線與定子磁極的中心線對準(zhǔn)或錯開而變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極中心線與定子磁極中心線重合時，相繞組電感最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子槽中心線對準(zhǔn)定子磁極中心線時，相繞組電感最小。轉(zhuǎn)子有 8 個極。 開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理 SRG 的工作原理遵循 “磁阻最小原理 ”—磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合。而功率變換器對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行性能具有至關(guān)重要的作用，它主要具有兩個方面的作用： 連接直流電源或者整流電路與電機(jī)繞組，為機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能提供足夠的勵磁，同時通過對于開關(guān)的控制來實現(xiàn)不同的控制目標(biāo)； 連接電機(jī)繞組與負(fù)載或者電網(wǎng)，為電機(jī)繞組提供儲能的回饋電路。常見的搭配有三相 6/4 極、三相 6/8 極、三相 12/8 極，四相8/6 極、四相 8/10 極等。 使用 MATLAB，編寫和調(diào)試開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出電壓控制系統(tǒng)。 研究的基本內(nèi)容 學(xué)習(xí)和掌握開關(guān)磁阻電機(jī)（ SRM）的結(jié)構(gòu)和工作原理。建立了開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。但是由于開關(guān)頻率快 ,在大功率時它的開關(guān)損耗大 ,從而降低了系統(tǒng)的效率 ,因此 PWM控制方式在轉(zhuǎn)速變化范圍大時以及中、小功率場合能夠第 1章 緒論 3 體現(xiàn)出它的特殊的優(yōu)勢。其驅(qū)動系統(tǒng)（ SRD）由開關(guān)磁阻電機(jī)（ SRM 或 SR 電機(jī)）、功率變換器、控制器和檢測器四個部分組成，控制器內(nèi)包含控制電路與功率變換器，而轉(zhuǎn)子位置檢測器則安裝在電機(jī)的一端 【 1】【 2】 。 選題 目的和意義 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)和其他的發(fā)電機(jī)相比較具有以下特點： （ 1） 結(jié)構(gòu)簡單，它的定、轉(zhuǎn)子均是簡單的疊片式雙凸極結(jié)構(gòu)，定子上繞有集中繞組，而轉(zhuǎn)子上沒有繞組和磁鋼，電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低僅僅受到轉(zhuǎn)子所用材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，因此電機(jī)可以在很高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并且冷卻方便，因此對高溫等惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)； （ 2） 具有較強(qiáng)的容錯能力，電機(jī)的定子各相繞組之間在物理結(jié)構(gòu)以及燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 電磁方面都是相互獨(dú)立的，因此在出現(xiàn)一相或者兩相故障的情況下，仍然能夠有一定功率的電能輸出； （ 3） 具有良好的調(diào)節(jié)性能，通過調(diào)節(jié)它的開通角和關(guān) 斷角，可以在轉(zhuǎn)速大幅度變化的情況下調(diào)節(jié)輸出來滿足負(fù)載要求； （ 4） 可以做成轉(zhuǎn)速很高的發(fā)電裝置，從而能夠達(dá)到很高的能流密度； （ 5） 能夠比較方便地實現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的雙向轉(zhuǎn)換，可以作為起動 /發(fā)電機(jī)使用； （ 6） 輸出的電能為脈沖直流電，非常適合用于蓄電池貯存電能。近幾年來南京航空航天大學(xué)、西安 交通大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)對開關(guān)磁阻起動 /發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在航空應(yīng)用進(jìn)行了可行性研究，在基礎(chǔ)理論方面對起動特性和發(fā)電品質(zhì)及強(qiáng)勵磁拓?fù)潆娐贰l(fā)電控制策略、無轉(zhuǎn)子位置傳感器技術(shù)控制策略等方面進(jìn)行了專題研究；在工程實踐上，南京航空航天大學(xué)開發(fā)了 3kW 和 6kW 兩套原理樣機(jī)，電機(jī)采用的是風(fēng)冷形式。 20 世紀(jì) 70 年代，美國福特電動機(jī)公司研制出最早的 SR 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。s electric potential of movement may be less than the generated voltage during the low power phase, thus reduce motor utilization and conversion efficiency. Therefore this topic proposed take current chopped wave solutions, and rebuild their external voltage paper use of MATLAB software to a three