開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)工作原理和控制方案

開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)由雙凸極磁阻電機(jī)、雙向功率變換器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器(或非直接位置檢測(cè)器)和控制器組成。發(fā)電控制系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的位置檢測(cè)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)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(zhuǎn)矩為負(fù)，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。電機(jī)為12/8結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，定子每個(gè)齒極上設(shè)有一個(gè)集中線(xiàn)圈，徑向相對(duì)的兩個(gè)線(xiàn)圈形成一對(duì)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(tǒng)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(jī)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(xiàn)與定子齒極軸線(xiàn)之間的夾角。當(dāng)轉(zhuǎn)子槽軸線(xiàn)重合時(shí)，該相電感最小(定義為θ=0°)，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒極軸線(xiàn)與相應(yīng)定子齒極軸線(xiàn)重合(定義θ=θm)時(shí)，該相電感最大。根據(jù)電磁場(chǎng)基本理論，伴隨磁場(chǎng)的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩同時(shí)存在，可以表示為：

若在電感下降區(qū)形成電流，產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，即電機(jī)吸收機(jī)械能，并可能把它轉(zhuǎn)換成電能輸出，故此時(shí)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為發(fā)電機(jī)工作。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制參數(shù)較多，控制靈活，這也是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于開(kāi)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(jì)的控制系統(tǒng)運(yùn)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(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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置角度，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)可影響發(fā)電的勵(lì)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(qū)，關(guān)斷角θ2在θm之后即在電感下降區(qū)，開(kāi)通角提前、關(guān)斷角推后都可以增加勵(lì)磁時(shí)間、增大勵(lì)磁電流ic，從而加大勵(lì)磁強(qiáng)度。角度控制的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大、運(yùn)行效率高，缺點(diǎn)是不太適用于低速。轉(zhuǎn)速降低時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)減小，使電流峰值增大，必須進(jìn)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(chǎng)合。