【正文】 詳細推導了SRG電機的線性模型。建立了典型的開關磁阻風力發(fā)電系統(tǒng)以及基于不對稱功率變換器的開關磁阻發(fā)電機穩(wěn)壓系統(tǒng)的仿真模型。 else u=0。 end end elseif(theta) if(deta_im=*i_ref) u=0。amp。 else if(v_q_m==s) V=v_uc。 else if (theta) dotL=0。 else if (theta) L=L_max(L_maxL_min)/theta_rise*()。 if(theta_Ctheta_pole) theta_C=theta_Ctheta_pole。 data_torque_c(num+1,1)=T_c。 % data_current_ic(num+1,1)=i_ic。 data_voltage_q_b(num+1,1)=v_q_b。 data_voltage_a(num+1,1)=v_a。 data_inductance_c(num+1,1)=L_c。 T_b=*dotinduct(theta_b)*i_b*i_b。 end end v_q_a=zhihuan(i_a,v_q_a,theta_a)。 i_ic=i_dci_l。 if(theta_atheta_pole) theta_a=theta_atheta_pole。 doti_c=(v_cR_m*i_cdotL_c*w_act*i_c)/L_c。 i_b=i_b+doti_b*T_timer1。 if(i_a0) i_a=0。 end for num_srg=1:num_2 L_a=inductance(theta_a)。 i_2=i_2+i_1。 v_c=voltage(v_q_c,v_uc)。 data_torque_b(1)=T_b。 data_voltage_q_b(1)=v_q_b。 data_voltage_a(1)=v_a。% data_current_l(1)=i_l。 data_inductance_b(1)=L_b。% data_torque_a=zeros(num_1,1)。 data_voltage_q_a=zeros(num_1,1)。 data_current_c=zeros(num_1,1)。% data_current_ic=zeros(num_1,1)。 data_inductance_a=zeros(num_1,1)。 T_timer1=。 T_b=0。% L_a=inductance(theta_a)。 v_uc=50。% i_l=0。 i_b=0。 w_act=n_act**pi/。 k_i=2。 theta_off=。 V_dc=50。 C=。 if(i_ref=2) i_ref=2。 if(N=25) dotu=V_refv_uc。 end v_q_a=zhihuan(i_a,v_q_a,theta_a)。 i_ic=i_dci_l。 else V=0。 end end else if(i_m=0) u=s。 else u=v_q_m。 if ((thetatheta_on)amp。 end end end end end 相電流控制仿真模型開關磁阻發(fā)電機采用傳統(tǒng)的電流斬波控制方式時，它的發(fā)電階段的相電流處在不受控制的反壓續(xù)流狀態(tài)，這使得相電流和電磁轉(zhuǎn)矩的控制表現(xiàn)出嚴重的非線性的特征，這導致了電機的轉(zhuǎn)速和直流母線電壓都會發(fā)生較大的波動。 else if (theta) L=L_min+(L_maxL_min)/theta_rise*()。θ4=176。也就是一個周期是45176。轉(zhuǎn)子極弧16186。本文應用其function功能，編寫程序完成仿真【15】【16】。同時講述了關于開關磁阻發(fā)電機的穩(wěn)壓系統(tǒng)的閉環(huán)控制的過程和結構。在控制過程中發(fā)電電壓Uc、直流電源側的電流idc的表達式分別如式(48)、式(49)所示。 電壓指令發(fā)生器由于在原動機的轉(zhuǎn)矩不變的情況下，受材料、幾何尺寸以及散熱等條件的影響，磁鏈的大小幾乎與轉(zhuǎn)速無關，因此，為了保證發(fā)電階段的相同轉(zhuǎn)子位置下的相電流和額定轉(zhuǎn)速運行下狀況下的相同轉(zhuǎn)子位置下的相電流的大小相等，如果忽略了繞組電阻Rk，則磁鏈ψk表達式如下為： （46）其中：ψkmax為開關磁阻發(fā)電機的最大磁鏈； Uc*為開關磁阻發(fā)電機所需的發(fā)電電壓穩(wěn)定值。STk(m)=1表示的是開關管 Tk1和開關管Tk2均導通的狀態(tài)；STk(m)=0表示的是開關管Tk1關斷而開關管 Tk2導通的狀態(tài)；STk(m)=1表示的是開關管Tk1和開關管Tk2均關斷的狀態(tài)；STk(m)=STk(m1)表示的是開關管Tk1和開關管Tk2均保持上一次的開關狀態(tài)不變的狀態(tài)。 滯環(huán)控制器采用不對稱橋式功率變換器的開關磁阻發(fā)電機的穩(wěn)壓控制系統(tǒng)中，當采用傳統(tǒng)的電流斬波控制方法的時候，處于發(fā)電階段的相電流為不加控制的反壓續(xù)流狀態(tài)。 穩(wěn)壓裝置開關磁阻發(fā)電機控制系統(tǒng)的穩(wěn)壓裝置采用PI調(diào)節(jié)器，但是由于開關磁阻發(fā)電機本身具有的非線性的存在，使得PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)kp和ki的值很難通過計算的方法得到。在內(nèi)環(huán)的電流環(huán)，參考電流iref與功率變換器的各相的實測電流ik進行比較，比較后的結果經(jīng)過電流滯環(huán)，輸出的信號為各相主開關管的觸發(fā)信號，即輸出開關表。其控制框圖如圖47所示。勵磁電流和占空比之間具有很好的線性關系，而且PWM信號的周期即為系統(tǒng)的調(diào)控周期，從而能夠獲得良好的動態(tài)性能。 脈寬調(diào)制控制（PWM）PWM方式中，脈沖周期固定，通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比開調(diào)節(jié)加在繞組兩端的相電壓的值。如此反復，最終使得相電流在給定值的附近上下波動。 電流斬波控制（CCC）電機在低速運行時，特別是在啟動時，旋轉(zhuǎn)電機的壓降很小，它的相電流上升得很快，為了避免電流脈沖過大對功率開關器件以及電機造成損壞，需要我們對電流峰值進行限定，因此可以采用電流斬波控制來獲取恒轉(zhuǎn)矩的機械特性。APC的具體實現(xiàn)是在θ=θon時，使開關器件導通，在θ=θoff時使開關器件關斷。 角度位置控制（APC）APC方式是指在加在繞組上的電壓一定的情況下，通過改變繞組上的主開關器件的開通角θon和關斷角θoff，來改變繞組的通電和斷電時刻，來調(diào)節(jié)相電流的波形。其電壓方程為： （43）如式(43)，在發(fā)電狀態(tài)，若運動電動勢小于加到繞組上的發(fā)電電壓，則相電流下降；若運動電動勢等于加到繞組上的發(fā)電電壓，則相電流保持不變；若運動電動勢大于加到繞組上的發(fā)電電壓，則相電流上升，這是理想的相電流波形，有利于系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率的提高【9】【13】。其電壓方程為： （41）式中：Ra—A相繞組的電阻； ia—A相繞組的電流； La—A 相繞組的電感。 不對稱功率變換器的工作狀態(tài)隨著各相橋臂開關器件的導通和關斷，每相繞組有三種工作狀態(tài)：勵磁狀態(tài)，續(xù)流狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)。 他勵模式如圖42所示，Us為勵磁電源，始終給SRG提供勵磁；電容C起著儲能和穩(wěn)壓的雙重作用。 自勵模式如圖41所示，Us是起勵電源，給SRG提供初始勵磁。圖33 磁鏈線性模型 本章小結本章主要講述了開關磁阻電機的各個方程，從開關磁阻電機的發(fā)電運行的勵磁階段和發(fā)電階段的工作狀態(tài)研究了它的電路方程，并由此導出了相關的磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程、電動勢平衡方程和機械運動方程，為開關磁阻電機數(shù)學模型的建立創(chuàng)造條件。 相磁鏈的數(shù)學模型當開關磁阻電機由恒定直流電源Us供電時，忽略繞組電阻壓降iR，則式（38）可簡化為： （310） 式中＋Us為繞組勵磁階段的外加電壓，－Us為主開關管關斷后續(xù)流階段所加電壓。θa為轉(zhuǎn)子凹槽中心與定子磁極軸線重合的位置，稱為不對齊位置?；陔姍C綜合性能的考慮，其轉(zhuǎn)子極弧βr通常要求大于定子極弧βs，因此在θ2～θ3區(qū)域內(nèi)，轉(zhuǎn)子凸極與定子磁極全部重疊，相電感保持在最大值 Lmax。由于電機內(nèi)部的電磁關系十分復雜，故難以對開關磁阻電機的運行進行有效的分析。這種方法相對于理想線性模型和準線性模型，精度大大提高，具有精確、高效、實用的特點，特別適合于仿真研究和實時控制。一般可用兩段線性特性來近似一系列非線性磁化曲線，一段為非飽和段，另一段為飽和段。（1） 理想線性模型 若不計電機磁路飽和的影響，相電感與相電流的大小無關，且忽略磁通的邊緣效應以及所有的損耗，此條件下的電機模型就是理想線性模型，相電感僅僅是轉(zhuǎn)子位置角的分段線性函數(shù)。 開關磁阻發(fā)電機的數(shù)學模型建立SRG的數(shù)學模型比較困難，由于電機的磁路飽和、渦流、磁滯效應等因素產(chǎn)生的非線性影響著電機的性能，所以很難進行數(shù)學模擬。 機械運動方程根據(jù)力學原理，可以寫出SRG在原動機轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子的機械運動方程為： （34）式中： T1—原動機轉(zhuǎn)矩； Te—電機電磁轉(zhuǎn)矩； D—阻尼系數(shù)； J—電機的轉(zhuǎn)動慣量。圖31（b）中，當開關管 TkTk2關斷，相電流通過二極管DkDk2續(xù)流，電機繞組處于發(fā)電狀態(tài)，此狀態(tài)下相繞組的電壓方程為： （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的電動勢，稱為運動電動勢【9】。9第3章 開關磁阻發(fā)電機的方程和數(shù)學模型第3章 開關磁阻發(fā)電機的方程及其數(shù)學模型SRG運行理論與任何電磁式機電裝置運行理論在本質(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)學模型。（4） 開關磁阻電機的發(fā)電運行具有比較好的調(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，電機輸出的動態(tài)性能會越來越好。對于多相的開關磁阻電機而言，由于它的繞組具有電流源的特性，所以即使是在缺相的條件下，它仍然能正常工作，因而開關磁阻電機具有很高的容錯性，綜合以上的考慮選擇三相12/8極開關磁阻電機，可能夠?qū)崿F(xiàn)啟動/發(fā)電的功能。從這個角度看，開關磁阻電機的速度越高就會越有利于它的發(fā)電運行，低速發(fā)電的時候效率會偏低。式（24）說明了開關磁阻電機的發(fā)電運行在低速的時候容易出力，這就是它的自然特性，也是開關磁阻發(fā)電機的發(fā)電運行的優(yōu)點之一。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)有效的發(fā)電運行，需要在發(fā)電區(qū)域的起始處滿足 （22）式中：Ic為勵磁電流。 開關磁阻電機的有效發(fā)電條件開關磁阻電機處于發(fā)電運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時刻，可以使開關磁阻電機運行在電動或發(fā)電的工作狀態(tài)。電機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或錯開而變化，當轉(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，當轉(zhuǎn)子槽中心線對準定子磁極中心線時，相繞組電感最小。轉(zhuǎn)子有8個極。 開關磁阻電機的工作原理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)的運行性能具有至關重要的作用，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繞組，為機械能轉(zhuǎn)化為電能提供足夠的勵磁，同時通過對于開關的控制來實現(xiàn)不同的控制目標；連接電機繞組與負載或者電網(wǎng)，為電機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)試開關磁阻發(fā)電機的輸出電壓控制系統(tǒng)。 研究的基本內(nèi)容學習和掌握開關磁阻電機（SRM）的結構和工作原理。建立了開關磁阻發(fā)電機的數(shù)學模型。但是由于開關頻率快,在大功率時它的開關損耗大,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、小功率場合能夠體現(xiàn)出它的特殊的優(yōu)勢。其驅(qū)動系統(tǒng)（SRD）由開關磁阻電機（SRM或SR電機）、