【正文】 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。 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。 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(duì)齊位置。相電感隨轉(zhuǎn)子位置角的變化關(guān)系如圖 32 所示 【 1】【 9】 。 相磁鏈的數(shù)學(xué)模型 當(dāng)開關(guān)磁阻電機(jī)由恒定直流電源 Us 供電時(shí)，忽略繞組電阻壓降 iR，則式（ 38）可簡(jiǎn)化為： ??????? dddtddddtdUs ????? （ 310） 式中＋ Us 為繞組勵(lì)磁階段的外加電壓，－ Us 為主開關(guān)管關(guān)斷后續(xù)流階段所加電壓。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(jì)（論文） 16 式中 θon、 θoff 分別表示開通角和關(guān)斷角。 圖 33 磁鏈線性模型 本章小結(jié) 本章主要講述了開關(guān)磁阻電機(jī)的各個(gè)方程，從開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)電運(yùn)行的勵(lì)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(dǎo)出了相關(guān)的磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程、電動(dòng)勢(shì)平衡方程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，為開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立創(chuàng)造條件。 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(duì)稱功率變換器 SRG 的不對(duì)稱橋式功率變換器有自勵(lì)模式和他勵(lì)模式之分，兩者的主要區(qū)別在于電源的連接方式不同。 自勵(lì)模式 如圖 41 所示， Us 是起勵(lì)電源，給 SRG 提供初始勵(lì)磁。以 A 相為例，當(dāng)開關(guān)管Ta Ta2 導(dǎo)通時(shí)，電路處于勵(lì)磁狀態(tài)，電容 C 對(duì) A 相繞組進(jìn)行勵(lì)磁，同時(shí)給負(fù)載供電；當(dāng)開關(guān)管 Ta Ta2 關(guān)斷時(shí)，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】 。 他勵(lì)模式 如圖 42 所示， Us 為勵(lì)磁電源，始終給 SRG 提供勵(lì)磁；電容 C 起著儲(chǔ)能和穩(wěn)壓的雙重作用。 圖 42 他勵(lì)模式下的不對(duì)稱功率變換器 他勵(lì)模式中，勵(lì)磁回路與發(fā)電回路彼此獨(dú)立。 不對(duì)稱功率 變換器的工作狀態(tài) 隨著各相橋臂開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，每相繞組有三種工作狀態(tài)：勵(lì)磁狀態(tài)，續(xù)流狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)。 圖 43 自勵(lì)模式功率變換器的工作狀態(tài) 圖 43(a)中， A 相上下兩個(gè)開關(guān)管 Ta Ta2 同時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)加到相繞組上的電壓為正的直流電壓 Uc，相繞組處于勵(lì)磁狀態(tài)。其電壓方程為： Ta1 Tb1Ta2 Tb2Tc1Tc2Da1Da2Db1Db2 Dc2Dc1La Lb LcUs CRl+UcTa1Ta2Da2LaDa1ia（ a） 勵(lì) 磁 狀 態(tài)+UcTa1Ta2Da2LaDa1ia（ b） 續(xù) 流 狀 態(tài)+UcTa1Ta2Da2LaDa1ia（ c） 發(fā) 電 狀 態(tài)第 4章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng) ?? ????? Laiadtd i aLai a R aUc （ 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。其電壓方程為： ?? ????? Laiadtd i aLai a R a0 （ 42） 圖 43(c)中， A 相上下兩個(gè)開關(guān)管 Ta Ta2 同時(shí)關(guān)斷，此時(shí)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。其電壓方程為： ?? ????? Laiadtd i aLai a R aUc （ 43） 如式 (43)，在發(fā)電狀態(tài)，若運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)小于加到繞組上的發(fā)電電壓，則相電流下降；若運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)等于加到繞組上的發(fā)電電壓，則相電流保持不變；若運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)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】 。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。 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(guān)器件的開通角 θon 和關(guān)斷角 θoff，來改變繞組的通電和斷電時(shí)刻，來調(diào)節(jié)相電流的波形。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(duì)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(duì)位置。 APC 的具體實(shí)現(xiàn)是在 θ=θon 時(shí)，使開關(guān)器件導(dǎo)通，在 θ=θoff 時(shí)使開關(guān)器件關(guān)斷。但是 θon 的過小或者 θoff 的過大反而會(huì)使開 關(guān) 信 號(hào)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(shí)應(yīng)該找到一個(gè)合適的值使其具有盡量大的發(fā)電能力。 電流斬波控制（ CCC） 電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，特別是在啟動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(duì)功率開關(guān)器件以及電機(jī)造成損壞，需要我們對(duì)電流峰值進(jìn)行限定，因此可以采用電流斬波控制來獲取恒轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性。 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。如此反復(fù)，最終使得相電流在給定值的附近上下波動(dòng)。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。 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。同時(shí) D 越大，則勵(lì)磁電流越大，SRG 的有效輸出電源也就越大。勵(lì)磁電流和占空比之間具有很好的線性關(guān)系，而且 PWM 信號(hào)的周期即為系統(tǒng)的調(diào)控周期，從而能夠獲得良好的動(dòng)態(tài)性能。 綜上所述，常常采用電流斬波控制方式對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行控制。其控制框圖如圖 47 所示。同時(shí)位置檢測(cè)器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的每相的實(shí)時(shí)位置信號(hào) θk。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(shí)測(cè)電流 ik進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)過電流滯環(huán)，輸出的信號(hào)為各相主開關(guān)管的觸發(fā)信號(hào)，即輸出開關(guān)表。通過輸出的各相主開關(guān)的觸發(fā)信號(hào)來觸發(fā)功率管，實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的勵(lì)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。 P I電 流 滯 環(huán) 變 換 器S R GU r e fU oS （ a ， b ， c ） θ o nθ o f f θ （ a ， b ， c ）i r e fi （ a ， b ， c ）燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 穩(wěn)壓裝置 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)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(guān)磁阻發(fā)電機(jī)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(jì)算的方法得到。通過反復(fù)的試湊，可以得到較為合適的 kp值和 ki值。 滯環(huán)控制器 采用不對(duì)稱橋式功率變換器的開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓控制系統(tǒng)中，當(dāng)采用傳統(tǒng)的電流斬波控制方法的時(shí)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)。它的第 k相的繞組的發(fā)電階段和勵(lì)磁階段的控制過程如圖 48所示 【 9】 。 STk(m)=1表示的是開關(guān)管 Tk1和開關(guān)管 Tk2均導(dǎo)通的狀態(tài)； STk(m)=0表示的是開關(guān)管 Tk1關(guān)斷而開關(guān)管 Tk2導(dǎo)通的狀態(tài)； STk(m)=1表示的是開關(guān)管 Tk1和開關(guān)管 Tk2均s t k1 Δ 1s t k0 1Δ Δ Δ 第 4章 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng) 關(guān)斷的狀態(tài)； STk(m)=STk(m1)表示的是開關(guān)管 Tk1和開關(guān)管 Tk2均保持上一次的開關(guān)狀態(tài)不變的狀態(tài)。 ????????????????iiiiimSiiS TkTk????1)1(0m ）（ （ 44） ?????????????????iiiiimSiimS TkTk????0)1(1)( （ 45） 其中： ε為脈動(dòng)系數(shù)。 電壓指令發(fā)生器 由于在原動(dòng)機(jī)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(guān)，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(yùn)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(dá)式 如下為： ???? ?? dUco f fkk ?? ? *m a x （ 46） 其中： ψkmax為開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的最大磁鏈； Uc*為開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)所需的發(fā)電電壓穩(wěn)定值。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。在控制過程中發(fā)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電電壓 Uc、直流電源側(cè)的電流 idc的表達(dá)式分別如式 (48)、式 (49)所示。 【 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(duì)稱橋式功率變換器，這兩種模式分別為自勵(lì)模式和他勵(lì)模式，并且對(duì)自勵(lì)模式下的不對(duì)稱功率變換器的工作狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 同時(shí)講述了關(guān)于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓系統(tǒng)的閉環(huán)控制的過程和結(jié)構(gòu)。 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(jì)算機(jī)解決數(shù)學(xué)問題而誕生的一款軟件，它作為一個(gè)高級(jí)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。本文應(yīng)用其 function 功能，編寫程序完成仿真 【 15】【 16】 。具體的參數(shù)如表 81所示。 相電感仿真模型 由相電感的波形圖可以看出，以 0~θa作為一個(gè)周期。 轉(zhuǎn)子極弧 16186。也就是一個(gè)周期是 45176。 θ2=176。 θ4=176。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】 。 else if (theta) L=L_min+(L_maxL_min)/theta_rise*()。 else if (theta) L=L_max(L_maxL_min)/theta_rise*()。 end end end end end 相電流控制仿真模型 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)采用傳統(tǒng)的電流斬波控制方式時(shí)，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(yán)重的非線性的特征，這導(dǎo)致了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和直流母線電壓都會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)。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(lì)磁階段，對(duì)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。 if ((thetatheta_on)amp。(thetatheta_off)) if(deta_im=*i_ref) u=s。 else u=v_q_m。 else if(deta_im=*i_ref) u=s。