開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)自勵磁機(jī)理
李聲晉1，勵慶孚1，盧 剛2，馬瑞蛹2
(1．西安交通大學(xué)，陜西 西安 710049； 2．西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710072)
摘要：分析了開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)與并勵磁有刷直流發(fā)電機(jī)的自勵磁過程的異同，給出了開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)的自勵磁條件。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)；自勵磁；控制器
中圖分類號：tm352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)05-0010-02
1概 述
開關(guān)磁阻電動機(jī)(switched reluctance motor，簡記srm)經(jīng)過20余年的發(fā)展，其突出的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、成本低、效率高、調(diào)速范圍寬、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，已在諸多工業(yè)領(lǐng)域的調(diào)速和傳動應(yīng)用中得到廣泛認(rèn)同。1986年，英國的n．n．fulton首先提出開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(switched reluctance genera-tor，簡記srg)并進(jìn)行了開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究之后，r. cardenas等人研制成7.5kw開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)；1988年美國ge公司論證了開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)在可靠性、余度性、容錯性、環(huán)境適應(yīng)性、維護(hù)性、起動／發(fā)電組合性及發(fā)電容量、效率、功率密度、發(fā)電品質(zhì)等方面所獨(dú)有的優(yōu)越性并充分迎合了航窒電源系統(tǒng)的發(fā)展需求之后，1989年研制出發(fā)電機(jī)功率30kw用于起動l 500hp、48 000r／min飛機(jī)發(fā)動機(jī)的無刷起動／發(fā)電機(jī)[4]; 1994年又研制了250kw的開關(guān)磁阻無刷直流起動／發(fā)電機(jī)并進(jìn)行了多年的航空飛行試驗[5— 6]。目前，國內(nèi)對開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的研究尚起步，本文對開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的自勵磁機(jī)理進(jìn)行分析，給出開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)的自勵條件。
2并勵磁有刷直流發(fā)電機(jī)自勵磁機(jī)理
2.1 自勵磁機(jī)理分析
圖la是并勵直流發(fā)電機(jī)的電原理圖，假設(shè)空載時對應(yīng)轉(zhuǎn)速”的電機(jī)磁化曲線u=廠已知，因電機(jī)中有剩磁通甌，因此借助于機(jī)械換向器的整流作用，會在電樞繞組中產(chǎn)生直流剩磁電熱e=c；該剩磁電勢又作用于勵磁回路產(chǎn)生勵磁電流。若建立的磁勢與剩磁方向相同，則原剩磁便得到加強(qiáng)，繞組中的感應(yīng)電勢便增加至ei。同理，ei叉作用于勵磁繞組產(chǎn)生如此反復(fù)作用，直至發(fā)電機(jī)屯壓建立并穩(wěn)定于點(diǎn)a。上述過程用方程表示為：
式中，lf表示勵磁電感.rf、rf分別表示勵磁繞組電阻和勵磁調(diào)節(jié)電阻，只要未達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)a，等磁電流，f滿足：
因而，將不斷上升，直至達(dá)到穩(wěn)定值，自勵過程結(jié)束。
2.2 自勵磁條件
依據(jù)并勵直流發(fā)電機(jī)的自勵過程，自勵條件可概括為：
(1)電機(jī)磁路必須有對應(yīng)于轉(zhuǎn)速以的足夠剩磁。
(2)勵磁繞組的極性須與電樞極性匹配。
(3)勵磁回路電阻必須小于臨界電阻。
3 開關(guān)磁阻無刷發(fā)電機(jī)自勵磁機(jī)理
自勵磁是srg的重要特征，它雖然也是利用剩磁實現(xiàn)自勵，但因發(fā)電機(jī)理、系統(tǒng)構(gòu)成及控制規(guī)律的不同，srg與有刷并勵直流發(fā)電機(jī)有本質(zhì)差異。
3.1 自勵磁機(jī)理分析
與并勵發(fā)電機(jī)相比，srg對應(yīng)轉(zhuǎn)速咒的磁化曲線是一族與轉(zhuǎn)角護(hù)相關(guān)的相磁鏈曲線，見圖2a，假設(shè)其****的剩磁通為<drma。，依據(jù)電磁感應(yīng)定律，各相繞組將產(chǎn)生交變剩磁電勢(z)，只要er (t)的幅值ler (t)i大于續(xù)流二極管的結(jié)壓(2aud約1.4v)，則經(jīng)二極管半波整流后將在電容c上逐漸達(dá)到幅值接近k(f)l的初始電壓u。見等效電路圖2b;若控制器依據(jù)適當(dāng)轉(zhuǎn)子位置而順序開通各開關(guān)管進(jìn)行勵磁，電容上的初始電壓u (tk_i)便會在各相繞組中產(chǎn)生勵磁電流i，該相勵磁 |
