【正文】 在對 SRG 性能做定性分析時，假定電機的磁路不飽和，相電感與相電流的大小無關，此時式 (35)可以簡化為： 221),(21),( kiLkikikikTe ???????????? （ 37） 由式 (31)～式 (34)以及式 (37)可以建立 SRG 的數(shù)學模型 【 9】 。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 轉矩方程 SRG 的電磁轉矩可以通過其磁場儲能或磁共能對轉子位置角的偏導數(shù)求得，即： C o n s tikikmWikTe ???? ? ?? ),(39。因此，第 k 相繞組的磁鏈 ψk為： ? ? ? ?ikikLkikkk ???? ， ?? （ 33） 因為 SRG 磁路的非線性，每相繞組的電感 Lk 是相電流 ik 與轉子位置角 θ 的函數(shù) 【 9】 。 磁鏈方程 SRG 各 相繞組的磁鏈是該相繞組的電流與自感、其余各相繞組的電流與互感以及轉子位置角的函數(shù)。 圖 31 一相繞組等效電路圖 圖 31（ a）中，開關管 Tk Tk2 導通，電機繞組處于勵磁狀態(tài)，此時的狀態(tài)下相繞組的電壓方程為： ?????? // Lki k wdtL k d i ki k R kUk （ 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—轉子位置角； U sT k 1L kT k 2( a ) 勵 磁 狀 態(tài)U sL kD k 1D k 2（ b ） 發(fā) 電 狀 態(tài)i ki k第 3章 開關磁阻發(fā)電機的方程和數(shù)學模型 11 ω—電機旋轉機械角速度， ω=dθ/dt。 開關磁阻發(fā)電機的方程 電壓方程 SRG 的相繞組共有 兩種工作狀態(tài)：勵磁狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)。最后詳細論述了開關磁阻電機發(fā)電運行的特點。 本章小結 本章主要介紹了典型的開關磁阻電機的組成，并對開關磁阻電機的結構和工作原理做了詳細的描述。 （ 3） 電機的發(fā)電運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)儲能裝置，例如蓄電池或者是大容量的電解電容等。 （ 2） 開關磁阻電機的每相的繞組可以等效為一個電流源的輸出，相與相間的并聯(lián)比較容易實現(xiàn)，它的結構多種多樣。它的發(fā)電過程 本身不能直接進行控制，只能夠通過對于勵磁過程的調節(jié)，來控制發(fā)電量的輸出。 開關磁阻發(fā)電機發(fā)電運行輸出的是脈沖電能，它的勵磁階段通過外界來給電源提供能量，而發(fā)電階段則向外界提供能量，比較適合作為蓄電池的脈沖充電的電源。對于開關磁阻電機來說，從自啟動的能力和能否正反轉等方面來考慮，其相數(shù) m≥3，且一般都滿足 2?? ZrZs （ 26） 式中： Zs——定子的齒極數(shù)； Zr——為轉子的齒極數(shù)。 開關磁阻電機發(fā)電運行的等效模型 根據(jù)相電流的解析線性分析，可以推導出來關于開關磁阻電機的發(fā)電運行狀態(tài)的典型的相電流波形在不同的電感區(qū)域的解析式，將這些分段函數(shù)用一個同時可以表示為 )()i( ??? fU? （ 25） 如果它的外加電源和它的角速度都是常數(shù)，那么電流波形與開通角θon、關斷角 θoff 以及電機的結構參數(shù)都有關，開關磁阻電機的發(fā)電運行時的 工作特點使得它的輸出可以等效為一個電流源，如圖 23 所示。在開關磁阻電機發(fā)電的實際運行的過程中，由于存在的一些外界的制約因素，發(fā)電的勵磁強度總是受到限制。然而以上的結論都是從電機的線性模型分析而得到的，在實際的工作情況下，必須要考慮電機鐵芯的飽和因素。 從式（ 23）中可以看到，當轉速越低時，則 Ic 越大，說明在低速的時候電機比較容易勵磁，式（ 23）用角度的方式來表示可以得到 )(22m a x12??????? ???????LLUIc （ 24） 由式（ 24）可以得到：當轉速越低時，則發(fā)電區(qū)的電流值就越大，因為當電機的結構參數(shù)和外加的電壓一定的時候，發(fā)電運行的運動電動勢的大小就取決于電機的轉速，也取決于勵磁電流的大小 Ic。 式（ 22）為發(fā)電運行的有效條件，其中的勵磁電流越大，并且轉速越高，則它的發(fā)電的出力也越大，所以發(fā)電運行的效率也就越高。如果轉速過高，則運動電動勢將大于第 2章 開關磁阻電機的結構和工作原理 7 反相電壓， L（ di/dt)0,發(fā)電階段的相電流將上升。由它的線性模型分析 可得 ???? ?????????? LiUdtdiLLidtdiLU （ 21） 進入發(fā)電區(qū)域后，勵磁電流的大小能夠反映勵磁的強度，也能夠反映儲存磁場能量的大小，通過對于勵磁電流的控制可以實現(xiàn)對于發(fā)電過程的控制。這也是開關磁阻電機的發(fā)電運行的實際控制的特殊性。 開關磁阻電機發(fā)電狀態(tài)的工作特點 開關磁阻電機發(fā)電運行時具有一定的特殊性，由于開關磁阻電機的本體只有定子繞組，其中勵磁繞組和電樞繞組合二為一。兩者的區(qū)別僅在于，前者的勵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。其他相電路與此類似 【 9】 。轉子沒有繞組，定子繞組可根據(jù)需要采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)結合的形式在各極上得到徑磁D1D2燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 場，轉子帶有位置檢 測器以提供轉子位置信號，使定子繞組按一定的順序通斷，保持電機的連續(xù)運行。 Ta Ta2 是 A 相主開關管 ,Da Da2 是 A 相續(xù)流二極管， C 為濾波電容， Us 是直流電源。 圖 22 開關磁阻電機一相電路原理圖 圖 22 是一臺 12∕8 極 SR 電機結構和一相電路的示意圖，定子有 3 相，每相 2 對極，共 12 個極，即 12 組繞組。原動機帶動 SRG 旋轉，在適當?shù)奈恢媒o某相通電，轉子凸極與定子磁極不重合，便會有磁阻力作用在轉子上并產生與驅動轉矩相反的阻力矩使其趨向于磁阻最小的位置，即轉子凸極中心與定子磁極軸線對齊的位置，同時轉子上的機械能轉化成磁能儲存在磁場中；在適當?shù)奈恢媒o此相斷電，儲存在磁場中的磁能便釋放出來，并轉化成電能回饋至電源，從而完成了機械能和電能之間以磁能為媒介的機電能量轉化過程。以上的各個部分相輔相成，構成了一個有機的整體，共同完成著 磁阻電機的發(fā)電功能。第 2章 開關磁阻電機的結構和工作原理 5 控制器相當于整個系統(tǒng)的大腦，它依據(jù)接收到的各種檢測信號，起著決策和指揮的作用。 磁阻電機是整 個系統(tǒng)的能量轉換的核心部件。其中三相 12/8 極的電機的結構圖如圖 21 所示 【 1】【 2】【 3】 。開關磁阻發(fā)電機可以設計成多種類不同相數(shù)的結構，而且定子和轉子的極數(shù)可以有不同的搭配。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 第 2章 開關磁阻電機的結構和工作原理 開關磁阻電機的結構 SRG 采用的是雙凸極結構，它的定子和轉子都是由普通的硅鋼片疊壓而成 的。 進行開關磁阻發(fā)電機輸出電壓控制的設計。 了解和掌握開關磁阻電機母線電壓控制系統(tǒng)的構成和各個環(huán)節(jié)以及設計。此外，由于開關磁阻發(fā)電機易于維護，可以工作在某些惡劣的環(huán)境下，因此 其在風力發(fā)電中得到廣泛應用【 5】 。建立了開關磁阻發(fā)電機的 MATLAB/SIMULINK仿真模型，利用 MATLAB軟件對開關磁阻發(fā)電機供電系統(tǒng)進行了綜合仿真 【 5】 。 同時，在對開關磁阻發(fā)電機電機的仿真、設計理論和磁場數(shù)值分析等方面也做了許多工作。目前，美國已經成功的將開關磁阻發(fā)電機應用到航空航天方面，并且將它應用于戰(zhàn)斗機中。 PWM控制方式的調節(jié)周期是 PWM信號的周期 ,它的調節(jié)周期比 CCC控制方式短 ,而且占空比和勵磁電流具有很好的 線性關系 ,可控性良好 ,尤其是在低速時它的控制特性優(yōu)于 CCC控制方式 。 目前調節(jié)開關磁阻發(fā)電機的輸出電壓主要靠調節(jié)勵磁電流，主要的控制 方法有：角度位置控制（ APC)、電流斬波控制 (CCC)、 PWM控制。 國內外文獻綜述 開關磁阻電機作為一種新型調速電機，調速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調速系統(tǒng)的優(yōu)點，是繼 變頻調速系統(tǒng) 、 無刷直流電動機 調速系統(tǒng)的最新一代無極調速系統(tǒng)。 這些特點的存在使得開關磁阻發(fā)電機在航空、航天以及船舶等以發(fā)動機作為動力的較高性能、遠航程運動載體中，可以用作發(fā)動機的起動系統(tǒng)和主要電源發(fā)電系統(tǒng)，并且在風力發(fā)電領域取得一席之地 【 3】 。但是我國 SR 電機的理論研究與實際應用中仍存在很大不足，與世界先進國家之間仍有 很大差距 【 2】 。不過在大功率方面的研究還很少，僅有原理樣機方面的仿真。 我國從 1984 年開始，以較高的起點開始 SR 電機調速系統(tǒng)的研究、開發(fā)工作，目前已經研制了 50W~30kW、 20 多個規(guī)格的工業(yè)產品樣機，國內關于 SRD 研究的書刊也相繼出版。至 20 世紀 80 年代，迅猛發(fā)展為新一代的調速電機驅動系統(tǒng)。 MATLAB simulation III 目 錄 摘要 ........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 第 1章 緒論 ..........................................................................................................1 課題背景 .................................................................................................1 選題目的和意義 ..............................................................................1 國內外文獻綜述 ..............................................................................2 研究的基本內容 ..............................................................................3 第 2章 開 關磁阻電機的結構和工作原理 ..........................................................4 開關磁阻電機的結構 .............................................................................4 開關磁阻電機的工作原理 .....................................................................5 開關磁阻電機發(fā)電狀態(tài)的工作特點 .....................................................6 開關磁阻電機的有效發(fā)電條件 ......................................................6 開關磁阻電機發(fā)電運行的自然輸出特性 ......................................7 開關磁阻電機發(fā)電運行的等效模型 ..............................................8 開關磁阻電機發(fā)電運行的特點 ......................................................9 本章小結 .................................................................................................9 第 3章 開關磁阻發(fā)電機的方程及其數(shù)學模型 ................................................10 開關磁阻發(fā)電機的方程 .......................................................................10 電壓方程 .............................