燕山大学本科生毕业设计（论文）
式中θon、θoff分别表示开通角和关断角。 由式(3-11)可见，在某一转速度下，通电时相绕组磁链将以一恒定比率Us/ω随导通角增加而增加；在关断瞬间，即θ＝θoff处，磁链获得最大值ψmax；关断后，磁链则以恒定比率Us/ω下降，如图3-3所示【11】。
ψ Ψmax 0Θon Θoffθ 图3-3 磁链线性模型
3.3 本章小结
本章主要讲述了开关磁阻电机的各个方程，从开关磁阻电机的发电运行的励磁阶段和发电阶段的工作状态研究了它的电路方程，并由此导出了相关的磁链方程、转矩方程、电动势平衡方程和机械运动方程，为开关磁阻电机数学模型的建立创造条件。从开关磁阻电机的发电运行的励磁阶段和发电阶段的工作状态研究了它的各个方面的线性模型，并由此建立了相电感、磁链、转矩的数学模型，为以后的研究创造条件。
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第4章 开关磁阻发电机的控制系统
第4章 开关磁阻发电机的控制系统
4.1 开关磁阻发电机的不对称功率变换器
SRG的不对称桥式功率变换器有自励模式和他励模式之分，两者的主要区别在于电源的连接方式不同。以三相SRG为例，自励模式和他励模式的拓扑结构分别如图4-1,、4-2所示。
4.1.1 自励模式
如图4-1所示，Us是起励电源，给SRG提供初始励磁。SRG发出的电能给电容C充电，当电容C达到所需的初始值后，断开Us，此后SRG依赖电容C的存储功能给绕组励磁，进行自励发电。以A相为例，当开关管Ta1、Ta2导通时，电路处于励磁状态，电容C对A相绕组进行励磁，同时给负载供电；当开关管Ta1、Ta2关断时，电路处于发电状态，A相电流通过二极管Da1、Da2续流，绕组电流方向保持不变，但直流母线电流方向相
【11】
反，一方面给电容C充电，另一方面给负载供电【9】。
图4-1 自励模式下的不对称功率变换器
自励模式中，建压后不再需要外电源，系统体积较小，效率高，是比较 常用的形式。
4.1.2 他励模式
如图4-2所示，Us为励磁电源，始终给SRG提供励磁；电容C起着储能和稳压的双重作用。以A相为例，当开关管Ta1、Ta2导通时，电路处于
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励磁状态，励磁电源Us对A相绕组进行励磁；当开关管Ta1、Ta2关断时，电路处于发电状态，A相电流通过二极管Da1、Da2续流，给电容C充电，
【11】【12】
并给负载供电【9】。
图4-2 他励模式下的不对称功率变换器
他励模式中，励磁回路与发电回路彼此独立。励磁电压与发电电压无关， 两者可以独立调节，控制比较方便。
4.1.3 不对称功率变换器的工作状态
随着各相桥臂开关器件的导通和关断，每相绕组有三种工作状态：励磁状态，续流状态和发电状态。以A相为例，图4-3给出了三种工作状态。
Ta1Ta1Ta1Da1Da1+Laia+LaiaDa1+LaiaUcUcUcDa2Da2Ta2Da2Ta2Ta2（b）续流状态（c）发电状态（a）励磁状态图4-3 自励模式功率变换器的工作状态
图4-3(a)中，A相上下两个开关管Ta1、Ta2同时导通，此时加到相绕组上的电压为正的直流电压Uc，相绕组处于励磁状态。SRG把从直流电源吸收的电能和从主轴输入的机械能转化成磁能，储存在电机磁路中，相电流上升。其电压方程为：
第4章 开关磁阻发电机的控制系统
Uc?iaRa?La式中：Ra—A相绕组的电阻；
ia—A相绕组的电流；
diadt?ia??La?? （4-1）
La—A 相绕组的电感。
图4-3（b）中，A相上面开关管Ta1关断，下面开关管Ta2导通，此时加到相绕组上的电压为零，相绕组处于续流状态，相电流通过二极管Da2续流。其电压方程为：
0?iaRa?Ladiadt?ia??La?? （4-2）
图4-3(c)中，A相上下两个开关管Ta1、Ta2同时关断，此时加到相绕组上的电压为负的直流电压Uc，相绕组处于发电状态，相电流通过二极管Da1、Da2续流。SRG把从主轴输入的机械能和储存在电机磁路中的磁能转化成电能输出。其电压方程为：
-Uc?iaRa?Ladiadt?ia??La?? （4-3）
如式(4-3)，在发电状态，若运动电动势小于加到绕组上的发电电压，则相电流下降；若运动电动势等于加到绕组上的发电电压，则相电流保持不变；若运动电动势大于加到绕组上的发电电压，则相电流上升，这是理想的
【13】相电流波形，有利于系统转换效率的提高【9】。
4.2 开关磁阻发电机的控制方式
开关磁阻电机由于它的双凸极结构的特点，磁路和电路的非线性以及开关性，使得电机的各个物理量随转子的位置周期性变化，定子绕组电流和磁通波形非常不规则。但是，开关磁阻电机内部的电磁过程依然建立在电磁感应定律、全电流定律、能量守恒定律等基本电磁关系的基础上。
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开关磁阻电机的可控制量分别有绕组两端的相电压、相电流、开通角以及关断角等参数，针对以上的变量的控制方式一般分为三种：角度位置控制（APC）、电流斩波控制（CCC）和脉宽调制控制（PWM）。
4.2.1 角度位置控制（APC）
APC方式是指在加在绕组上的电压一定的情况下，通过改变绕组上的主开关器件的开通角θon和关断角θoff，来改变绕组的通电和断电时刻，来调节相电流的波形。
L，iθonL(θ )θoffi(θ )θ开关信号图4-4 APC控制方式
由于开通角θon和关断角θoff都可以进行调节，因此APC可分为只改变开通角θon、只改变关断角θoff和同时改变开通角θon和关断角θoff三种方式。由于只改变开通角θon可改变电流波形的宽度、峰值和有效值大小和电流波形与电感波形的相对位置，从而能够改变电机的转矩和转速；然而关断角θoff一般不影响电流的峰值，但是它能改变电流波形的宽度还有电流波形与电感波形的相对位置。所以，在开关磁阻电机的控制中一般采用改变开通角θon而固定关断角θoff的方式。
APC的具体实现是在θ=θon时，使开关器件导通，在θ=θoff时使开关器件关断。如果θon减小或者θoff增大，则导致励磁时间的增加，则励磁电流增大，SRG的发电能力增大。但是θon的过小或者θoff的过大反而会使