开关磁阻电机发电运行仿真与试验研究

　　l开关磁阻发电机(SRG)运行原理

　　开关磁阻发电机的运行是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的。当定子绕组通电时，产生一个单相磁场，其分布遵循“磁阻最小原理”。因此，当转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力作用在转子上，并产生转矩使其趋向磁阻最小的位置，即两轴线重合的位置。以三相12/8极SRG为例阐述其运行原理。

　　设开关磁阻发电机在外力的驱动下，以逆时针方向旋转。定子BB′与转子极轴线重合，此时给定子BB′相绕组通电，即开关sr、s2闭合。该相通过直流电源us励磁。磁力线由定子经定子极B、气隙、转子极1、铁心、转子极1′，再回经定子极B′，形成闭合回路。由于定子BB′相绕组轴线与转子极11’不重合，根据“磁阻最小原理”，转子极n’将有向定子极A—A’运动趋势，并受到该方向的力矩作用，即顺时针方向，与驱动力矩相反，同时转子上的机械能将转化为磁能储藏在磁场中。

　　当开关s1、s2断开时，BB′相电流通过二极管D1、D2续流，绕组内的电流方向不改变，电源u。极性与原来相反。此时储存在磁场中的磁能释放出来，并转化成电能，回馈至电源，从而完成了机械能和电能之间的机电能量转化过程。

　　电机旋转至cc′绕组轴线与转子极轴线即将重合时，将励磁切换至cc′相，则cc′相与转子极之间相互作用将和AA′相与转子极之间相同。因此连续不断的按照B—c—A—B的顺序给电机各相励磁，作用在转子上的机械能转化为电能，实现发电运行。若作用在开关磁阻发电机转子上的外力方向改变时，只需要改变各相的励磁顺序，即B—A—c—B就可维持其发电状态。开关磁阻发电机可以方便的实现正反转是其一大特色，只需改变绕组的通电顺序。

　　2开关磁阻发电机系统结构

　　开关磁阻发电机系统由开关磁阻发电机、功率变换器、控制器、检测电路构成，系统框图如图2所示。开关磁阻发电机是系统中机电能量转换的核心。它具有双凸极结构，转子由硅钢片叠压　　而成，既无绕组也无永磁体;定子上绕有集中绕组，两个绕组串联构成一相绕组。开关磁阻发电机可设计成多种不同相数，通过定转子极数的不同搭配可获得多种性能，因此，开关磁阻发电机结构简单，成本低，坚固耐用，性能优良。

　　功率变换器的作用是励磁电源提供的能量经适当转换后提供给sR电机，同时将发出的电能共给负载使用或者并网发电。由于sRG绕组电流是单向的，使得其功率变换器主电路不仅结构较简单，而且相绕组与主开关器件是串联的，因而可预防短路故障。