開關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)工作原理和控制方案

開關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)由雙凸極磁阻電機、雙向功率變換器、轉(zhuǎn)子位置檢測器(或非直接位置檢測器)和控制器組成。發(fā)電控制系統(tǒng)根據(jù)電機的位置檢測器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號控制功率開關(guān)電路中開關(guān)管的通斷，改變相電流的生成位置，使電磁轉(zhuǎn)矩為負，使機械能轉(zhuǎn)化為電能。電機為12/8結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上無繞組，定子每個齒極上設(shè)有一個集中線圈，徑向相對的兩個線圈形成一對磁極，稱為“一相”。這樣共組成6相，可滿足雙通道開關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)的需要。本研究以單通道為例，簡要闡述其工作原理和控制方法。

開關(guān)磁阻發(fā)電機工作狀態(tài)電流波形如圖1所示。圖1中，θ角定義為該相轉(zhuǎn)子齒槽軸線與定子齒極軸線之間的夾角。當轉(zhuǎn)子槽軸線重合時，該相電感最小(定義為θ=0°)，當轉(zhuǎn)子齒極軸線與相應(yīng)定子齒極軸線重合(定義θ=θm)時，該相電感最大。根據(jù)電磁場基本理論，伴隨磁場的存在，電機轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩同時存在，可以表示為：

若在電感下降區(qū)形成電流，產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，即電機吸收機械能，并可能把它轉(zhuǎn)換成電能輸出，故此時開關(guān)磁阻電機為發(fā)電機工作。

開關(guān)磁阻電機控制參數(shù)較多，控制靈活，這也是開關(guān)磁阻電機的優(yōu)點之一。對于開關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)有3種常用的控制方案：脈寬調(diào)制控制、角度位置控制和電流斬波控制。本研究設(shè)計的控制系統(tǒng)運用的是角度位置控制方案。根據(jù)圖1中相電流波形可知，θ1和θ2分別為開通角和關(guān)斷角，即主開關(guān)管開通和關(guān)斷時對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置角度，對其進行調(diào)節(jié)可影響發(fā)電的勵磁過程及相電流。通常開通角θ1在θm之前即在電感上升區(qū)，關(guān)斷角θ2在θm之后即在電感下降區(qū)，開通角提前、關(guān)斷角推后都可以增加勵磁時間、增大勵磁電流ic，從而加大勵磁強度。角度控制的優(yōu)點是電機轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大、運行效率高，缺點是不太適用于低速。轉(zhuǎn)速降低時，旋轉(zhuǎn)電動勢減小，使電流峰值增大，必須進行限流，因此角度位置控制一般用于轉(zhuǎn)速較高的應(yīng)用場合。