高功率密度開關磁阻起動和發電機進展
周青苗，李聲晉，韓英桃
(西北工業大學，陜西西安 710072)
摘要：介紹國外開關磁阻起動／發電機系統的發展情況及研究趨勢，并對系統各組成部分進行了詳細分析。
關鍵詞：組合起動／發電機i開關磁阻電機}發展
中圖分類號：tm352 文獻標識碼：b 文章編號：1001-6848(2000)01-0031-03
1概述
近年，現代控制理論、高速微處理器和功率電子技術的發展，以及新型材料、功率開關器件的涌現，為航空系統的快速發展奠定了堅實的理論和物質基礎。自80年代起，國外開始研制一種新型多電飛機[1，2]，用電系統取代目前飛機上液壓、氣壓和機械系統，該系統具有大容量供電系統，并廣泛采用電力作動技術。研究表明，采用多電飛機方案，系統具有可靠性高、飛行性能好的特點，而且飛機生存性能強，維修性好，保障性好，從而大大節省了費用。
為了實施多電飛機方案，必須發展大容量的飛機發電系統，經過反復論證，最終確定在常規的變速恒頻系統基礎上研制270v高壓直流和115v、400hz恒頻交流的雙輸出系統。圖1顯示了270vd。115vd。混合起動和發電機的近似的轉矩一速度特性。在發動機起動時，電機作為電動機運行，使發動機加速，在較低轉速范圍必須提供恒傳矩，在較高轉速時電機輸出恒功率，一旦發動機達到空車速度，電機作為發電運行，為飛符器負載提供電能。
由文獻3知，為實現起動和發電功能，根據高轉速、高功率密度、可靠性及成本要求，對眾多電機類型進行考核，最終選擇開關磁阻電機(srm)。sr電機是定轉子的雙凸極、定子集中相繞組、無永磁體和轉子繞組的無刷同步電機。其簡單的迭片結構，使其能在很高轉速下運行，且具有高溫工作的潛能，同時
圖1起動和發電機系統轉矩一速度特性曲線由于其功率變換器的獨特結構，電機相繞組在物理上和電磁上彼此隔離，無直通現象，因此具有高容錯性。
2起動和發電機系統構成
一個典型的起動和發電機的簡單方框圖見圖2，sr電機轉子直接安裝在發動機軸上，采用無刷分相器將轉子角度信息傳遞給控制器，使電機勵磁與轉子位置同步。
3開關磁阻電機
sr電機的簡單示意圖如圖3所示，定子每相繞阻是由徑向相對的兩個磁極的線圈串聯構成。sr電機的運行亦遵循“磁阻最小原理”——磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，因此，距被勵磁的定子極最近的轉子極有向該定子極移動、并直到最小磁阻位置的趨勢。
當磁路不飽合時，sr電機產生的轉矩為：
式中，i是相電流，己是相繞組電感，θ是轉子角，由式(1)知，sr電機轉矩的大小是由相電流幅值及電感變化率決定，轉距的方向不取決于電流正負，而是由相電流脈沖相對于相電感的變化率d1/d0的位置決定。
圖4a是理想的相電感隨轉子角變化曲線，當定子凸極中心線與轉子凹槽中心線重合時，相電感最小；當定轉子凸極中心線對準時，相電感達到****值，因此，隨著轉子的轉動，相電感在最小值與****值間連續變化。srm作電動運行時，由蓄電池為變換器提供電能，如圖4b所示，當定轉子磁極接近對準位置時，觸發該相功率開關器件，相繞組電流接通，在此區域相電感增加(dl/d0>o)，電磁轉矩與轉子旋轉方向相同，故sr電機拖動發動機旋轉，使其加速達到空車速度θ。在此之后，反過來由它拖動sr電機轉軸轉動，當定轉子磁極從對準處離開時，觸發該相功率開關器件，相電流見圖4c，此時相電感逐漸減小(dl／d0<0)．所以電磁轉矩與轉向相反，機械能轉化為電能，此時srm作發電運行，為飛機上各 |
