开关磁阻发电机理研究与实践.pdf

第2 0 卷第6 期 2 0 0 0 年l l 胃 中国矿韭大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V o } ．2 9N o ．6 N ∞．2 0 0 0 文蠢编号1 0 0 01 9 6 4 2 0 0 0 0 6 0 6 2 8 0 5 开关磁阻发电机理研究与实践 朱学忠，剜闻 南京靛空航天大学鸯确控翩系．汪苏南京2 1 0 0 1 s ； 摘要针对三相6 ／4 结构开关磁阻电机，在简要阐述其发电运行的基本工作原理的基础上，讨论 了发电工作的机电能量转换荧系，分析了发电运行的相电流规律，最后提出开关磁阻电机发电运 行的直要控制方法．并给出了研究开发的样机系统的实验结果． 关键词开关磁阻电机；控制系统；功率变换技术 中图分类号T M3 0 1 ．2文献标识码A 努关磁阻电机作毙馋良驱动装曩已有了广泛 的瓣变和并发应用o ”] 。这神电机也网样适用可逆 性原理．研究和实践表明，它在发电状态运行具有 良好的性能，如电动与发电的转换十分方便、发电 运行有良好的可控性、高速适应性好以及发电效率 高““] 等等．因此，研究这种电机的发电机理十分 有意义． 1 开关磁陬发电机的基本工作原理 图1 是鼙蓠常焉静一种6 ／4 结梅开关磁阻发 电撬 篱称S R G 截瑟示意銎。零2 魁棠用的主电 路毵{ } 。即定子戈s 个蝮极，转子为4 个齿极，2 个 经彝棚对定予齿极土的绕组串联成为一相．定义转 子位甓口在定子齿极轴线 棚绕组轴线 与转子槽 轴线栩重合时为零；定子齿极轴线和转子齿檄轴线 相重合的位置为乳． 鬻1 6 ／4 结构拜关磁辩发电税截瑟爨 F i g ．1 C r o s su s e c t i o no ft h r e e p h a s e6 ／4S R G 图26 ／4 结构S R G 主电路拓扑 F i g ，2 C o n v e r t e rc i r c u i tf o rt h r e e - p h a s e6 ／4S R G 隧蓉转予位置的苓弱，魄提耜绕组磁路的磁阻 隧之变他。最然电机甥绕组的磁链妒零仅是朝电 滋i 魍函数，婀时它还是转予位攫a 的函数．图3 给 出了电机楣绕组的磁链特性．定义柏绕组的静态电 感L i ，8 三粤坐，则磁链的特挫曲线可以转化 l 成栏绕缎电感特性照线，如嬲4 所承。 节f f 霉3 裙绕磐磁链特性弗线 F i g ．3M a g n e t i z a t i o nc t l r v e sa n dt r a c eo f Ⅱq 收藕日辫2 0 0 0 0 5 3 0 基囊褒丑；舷空辩学蒸金赍齄褒基 9 6 F 5 2 0 6 9 江苏省应用基础基金赞助理目 B j 9 9 0 2 2 作者筒介粜学忠 1 9 6 8 一 ，男，江苏错武逃县人，南京航空航天大学讲师，工学硕士，从事电机投其控制、航空电褫等方面研觉． 万方数据 第6 期 朱学忠等开关磁阻发电机理研究与实践 图4 典型电流曲线和相绕组电感曲线 F i g ．4N o r m a l i s e dp h a s ec o r r e n t a n di n d u c t a n c eo fap h a s ew i n d i n g 一般地，当转子位置满足0 ， 0 为输入机 械能，磁场储能增量△Ⅳ。口 一Ⅳ。l “％ o 的区段，初 始时，电流i 巩 一。，由式 1 2 a 可知d 百i 0 l 脚一 垫麦署警，所以其他条件不变时母线电压u 。越 大、转子角速度“越小，励磁电流的初始上升率 以 角度为横坐标，以下同 也就越大； 2 当转子转到口一％附近时，豸。o ，但由于 电流i 0 ，L 口 的值比起L O ， 有所增加，所以此 时丽d i o ，则尝铲J 。．。 。，电流将 进一步增加；反之则不增．为此，励磁电流i 以 以 及电机设计时参数l 等l 取得较大值，有助于S R G 发电能力的提高； 万方数据 第s 期泰学患等；舞关磁艇发电镌理疆窥与实践 5 随着转子位置遴一多增摇，爨达L 一￡一 辩近时，焉a L ≈。，此时，虿d i O ≈～訾 0 ，后，开始时i { 姗，主开关 开通，相电流 励磁电流 上升并逐渐到达电流斩 渡限，凄出蠛i ≥b 时，主野奖关叛一段时闻，如 果此后在0 以的范围内i 一赢大予t Ⅻ，则主开关 一直关断，壹翳下一个蠲羯． 如图6 所示，最然固定了巩然后调节斩波限 t 。就相当予在调整岛，随着斩渡限i l l 呻的增加，励 磁区闼翔竟，殛磁魄流增大，续漉电流邀撼应增攘， 最后可以使电机的有效输出功率增加．这样的调节 过程辅当于在细徽的蠲攘岛，嗣时避免了赢接潮整 如可能带来的“敏艘”闻题．蛰S R G 工作转速藏围 较宽，同样可以通过分区段设定优化的口，值． ＆瓣3 “b 时 ● ‰Ⅻ 0 ⋯一／一身／7iLO／／ ’l V＼ ⋯⋯，⋯一厂、{ J ．h 、 茹／女l ＼＼＼。 巩 强8 轿菠拄制时静棰电流渡形 F i g ．6 P h a s ec u r r e n to fC C C 4 ．3P W M 控制 P W M 控制与上述薅种控制方法不同，它并不 是实时的调整主开关的开通角0 - 和关断角巩．它的 控涮愚路是在圭舞美逶羲铸号串趣上P W M 信号， 通道调节P W M 的占空比D 调整励磁电流的太小， D 越大，旃磁电流也越大，发电机的有效输出功率 也越大。掇据携寞等实践汹，P W M 控剿方案下， P W M 的占空比D 与激磁电流 指相电流的一个周 麓串赫磁电流速到的最大值 乏阔存在良好豹线 性美系，不仅可控性较好，蕊且对阅环系统调节器 万方数据 中嚣矿藏大学掌攘第0 9 卷 豹设诗也豢寒一定瓣方蠖，爨这静接裁方法使褥烹 开关瓣开美损耗有新增龆． 5 窳践 依据上述机理，我们成功研制了一套3k W S R G ，试验样机主簧技术籀标额寇功率3k W ，输 出电联2 7 0V ，转速1s o o ～30 0 0r ／m i n ，纹波及 瓣变特经瀵是美攀檬M I L ～S T D 一7 0 4 E 。在我基确 上，叉研发成功6k W 航空怒动／发电机． 以3k W 撵规澎铡，豳7 是系绫糖成拣豳 墼8 是转速为19 5 0r ／r a i n ，输出功率3k W 时输出电 篷纹波 C h l 及摆敷漉 C h 2 静实验波形。 y ，V f ／A 氇捌 图7S R G 构成框图 F i g ．7 B l o c kd i a g r a m 。fS R G N 郸 。 ’ ／＼ ’ 、 坠／＼一 0 t ／m s 嚣8 输出电蓬纹渡殿相电流波形 F i g ，8P h a s ec u r r e n ta n dO U t p U tv o l t a g er i p p l e S 缝论 本文阐述了S R G 的基本工作原理，分拼了电 机购槛电糍虽转按过程及其楣电流变纯规律，并掇 出了发电遁行的几种控觎方法，给出了样机系统的 实验结果 理论分橱及实骏结果均表明，S R G 是一 种非常有潜力的新型发电系统，在许多应用场 合轴Ⅲ，能攫示出其独特的饯越性． 参考文献； [ 1 ] 刘迪宙，张焕毒，傅丰礼．开关磁阻调逮电动机[ M ] ． 嚣衷；机械工照辩靛社，1 9 9 4 ．8 t 1 3 一】s ．5 6 8 2 [ 2 ] 陈爨，谢桂林．开关磁阻调速电动机的功率变换器 设计酯】。串转矿救犬学掌握，1 9 9 8 ，2 7 2 1 5 8u 1 6 1 。 [ 3 ] 陈雯，谢桂林．两种开荧磁阻电机系统的对比研究 矗3 ，串嚣矿煦大学学摄，Z 0 0 0 ，2 9 5 4 7 6 4 7 9 。 [ 4jC a i nAF e r r e i r a S t e p h e nRJ o n e s ，W i l l i a mS H e g l u n d ，e ta 1 ．D e t a i l e dd e s i g no fa3 0k Ws w i t c h e d r e | u c t a n c es t a r t e r ／g e n e r a t o rs y s t e mf o r8g a st u r b i n e e n g i n ea p p l i c a t i o n [ J ] ．I E E ET r a n s a c t i o n so i lI n d u s t r y A p p l i c a t i o n s ，1 9 9 5 ，3 1 3 { 5 5 3 5 6 1 。 [ 5 ] R a d u nA 。G e n e r a t i n gw i t ht h es w i t c h e dr e l u c t a n c e m o t o r [ A ] ．C o n fR e c o r dI E E EA P E C ’9 4C o n f e f e n c e [ c 3 O r l a n d o ，1 9 9 4 4 1 4 7 [ 6 jL i L ，Z h o Xz ，C a o Z L ，R e s e a r c ho f t h es w i s h e d M ， l u c t a n c es t a r t e r ／g e n e r a t o rs y s t e m s [ j ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fA e r o n a u t i c s ．1 9 9 9 。1 2 4 2 2 2 2 2 6 ． [ 7 ] 詹谅华．开凳嫩阻电动机[ M ] ．武汉华中理工大学 出版桂，1 9 9 2 8 9 。1 2 1 ． [ 8 3 张琦嚣．开幕磁黻风力发电机系统耕究与蜜践r D ] ． 毫豪毒衷靛垒靛哭太学。Z 0 0 0 ．3 。 [ 9 ] 剂闻，开蓑黼献电巍熬动／发电系统理论骈究与王 翟实践e D ] ．南衷；南京航空航天大学，2 0 0 0 ．3 。 R e s e a r c ha n dP r a c t i c eO nS R G ’SF u n d a m e n t a l Z H UX u e z h o n g } L I UC h u a n g D e g m r t m e n to fA u t o m a t l eC o n t m l ，N U A A ．N a n j i n g ，J i a n g s u2 1 0 0 1 6 ．C h i n a A b s t r a c t T 艇6 ／4 - p o l et h r e e 一砖a s es w i t c h e dr e l u c t a n c eg e n e r a t o r S R G w a ss t u d i e d ．A n di t sp r o c e s so ft h e e l e e t r o m e c h a n i c a le n e r g yc o n v e r s i o n ，t h ef u n d a m e n t a ll a wo fS R Gg e n e r a t i n ga n di t st h r e ec o n t r o lm e t h o d s t h eM 幽p o s i t i o nc o n t r o l tt h ec u r r e n tc h o p p i n gc o n t r o la n dt h eP W Mc o n t r 0 1 w e r ed i s c u s s e d 。A tl a s t ，t h e r e s u l to fe m u l a t i o na n de x p e r i m e n ts h o w st h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h eS R Gi se x c e l h n t ． K e yw o r d s s w i t c h e dr d u e t a n e eg e n e r a t o r ；e o n t r o } s y s t e m s ；p o w e rc o n v e r t e r s 万方数据