開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機原理分析

開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電系統由雙凸極磁阻電機、雙向功率變換器、轉子位置檢測器(或非直接位置檢測器)和控制器組成。發(fā)電控制系統根據電機的位置檢測器產(chǎn)生的轉子位置信號控制功率開(kāi)關(guān)電路中開(kāi)關(guān)管的通斷，改變相電流的生成位置，使電磁轉矩為負，使機械能轉化為電能。電機為12/8結構，轉子上無(wú)繞組，定子每個(gè)齒極上設有一個(gè)集中線(xiàn)圈，徑向相對的兩個(gè)線(xiàn)圈形成一對磁極，稱(chēng)為“一相”。這樣共組成6相，可滿(mǎn)足雙通道開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電系統的需要。本研究以單通道為例，簡(jiǎn)要闡述其工作原理和控制方法。

　　開(kāi)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角定義為該相轉子齒槽軸線(xiàn)與定子齒極軸線(xiàn)之間的夾角。當轉子槽軸線(xiàn)重合時(shí)，該相電感最小(定義為θ=0°)，當轉子齒極軸線(xiàn)與相應定子齒極軸線(xiàn)重合(定義θ=θm)時(shí)，該相電感最大。根據電磁場(chǎng)基本理論，伴隨磁場(chǎng)的存在，電機轉子的電磁轉矩同時(shí)存在，可以表示為：

　　若在電感下降區形成電流，產(chǎn)生負轉矩，即電機吸收機械能，并可能把它轉換成電能輸出，故此時(shí)開(kāi)關(guān)磁阻電機為發(fā)電機工作。

　　開(kāi)關(guān)磁阻電機控制參數較多，控制靈活，這也是開(kāi)關(guān)磁阻電機的優(yōu)點(diǎn)之一。對于開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電系統有3種常用的控制方案：脈寬調制控制、角度位置控制和電流斬波控制。本研究設計的控制系統運用的是角度位置控制方案。根據圖1中相電流波形可知，θ1和θ2分別為開(kāi)通角和關(guān)斷角，即主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)對應的轉子位置角度，對其進(jìn)行調節可影響發(fā)電的勵磁過(guò)程及相電流。通常開(kāi)通角θ1在θm之前即在電感上升區，關(guān)斷角θ2在θm之后即在電感下降區，開(kāi)通角提前、關(guān)斷角推后都可以增加勵磁時(shí)間、增大勵磁電流ic，從而加大勵磁強度。