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摘 要

开关磁阻电机的优点有：构造简易、价格低、运行可靠、工作效率高等。开关磁阻电机的优点使得其得到了更多更广泛的运用，在造纸、纺织、航空、煤矿等领域都能看到它，它的功率范围也很宽，从几瓦到几兆瓦，转速可达几万转，其特别适用于高速场合和恶劣环境，这一特性使得更多的工程师们青睐它。

本文主要介绍开关磁阻发电机工作时的基本原理，研究开关磁阻发电机的物理结构、相电感特性、工作原理、运行特性以及控制方法等方面，学习MATLAB仿真软件，建立开关磁阻发电机的SIMULINK的仿真模型，借用Simulink对开关磁阻发电机供电系统建模进行综合分析，探究变化开通关断角，电机转速及励磁电压等条件的大小时，开关磁阻发电机输出电压的不同变化。本文所研究的开关磁阻发电机理论将有助于推广SRG的应用。

关键词： 开关磁阻电机 Simulink模型 输出电压特性

Switched reluctance generator power supply system and its simulation and analysis

Abstract

Switched reluctance motor has a simple structure, low cost, reliable operation and high efficiency and other advantages. Switched reluctance motors are particularly suitable for high speeds and harsh environments, which are widely used in papermaking, textiles, aviation, coal, etc. Its power ranges from a few watts to several megawatts. Its Rotating speed can achieve tens of thousands.

This article describes the basic principles of the SRG and analyze the structure of SRG, phase inductance characteristics, operating principles, operating characteristics and control methods. Establish the SIMULINK simulation model. Use the software of Simulink to establish the model of switched reluctance motor and get the simulation and analysis of it. Change open-angle，off-angle，speed, excitation voltage and so on, and explore the influences of these factors on output voltage. The theory of switched reluctance motor will promote its application in our life.

Key Words: Switched reluctance motor；Simulink model；Output characteristics

目 录

摘要 I

Abstract II

第 一 章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文主要研究内容 3

第二章 开关磁阻发电机的原理 4

2.1引言 4

2.2开关磁阻发电机的结构，工作原理与运动特点 4

2.2.1开关磁阻电机和功率变换器的结构 5

2.2.2开关磁阻发电机的相电感特性，数学模型及相电流分析 6

2.3开关磁阻发电机的控制策略 10

2.3.1角度位置控制 10

2.3.2电流斩波控制 10

2.3.3 PWM控制 11

第三章 开关磁阻发电机的仿真模型 12

3.1功率变换电路模型 13

3.2开关磁阻电机模型 13

3.3角度转换模型 14

3.4电流斩波控制模型 15

3.5 速度转化为角度模型 15

3.6 励磁区间模型 16

第四章 开关磁阻发电机供电系统综合仿真 18

4.1引言 18

4.2开关磁阻发电机输出特性仿真 18

4.2.1起励电压对输出电压影响 18

4.2.2开通角对输出电压影响 19

4.2.3关断角对输出电压影响 20

4.2.4电机转速对输出电压的影响 21

4.2.5稳压电容大小对输出电压的影响 22

结论 23

参考文献 24

致谢 27

第 一 章 绪论

• 1. 课题研究背景与意义

开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator 即SRG)是一种新型的发电机，近年来得到了各国研究者的重视，普通发电机的理论已经很完善了，SR发电机相比于其他种类的发电机，它的结构有以下特点 ：

（1）构造简易，其定、转子皆为凸极结构，此构造比较特殊，定子上空间相对的两个极上的线圈串联或并联构成一相绕组，但转子上没有绕组。

（2）材料的结构强度决定了电机转速的高低，开关磁阻电机的材料强度大故能够让电机高速运行，而且冷却的方式比较简便（多采用油冷方式），散热快，抗震能力强，耐腐蚀，所以很能适应一些恶劣环境（如高温，高速震动）。

（3）允许错误的能力强，线圈无论是空间还是电磁方面均是相互无联系的，所以某个相出问题的时候，可将问题相暂时移出系统，其他相仍可以正常工作。

除了上述特点，开关磁阻发电机还拥有以下特点：

(1) 可以通过改变它的开通角,关断角,电机转速以及励磁电压等因素，在较大的转速范围内调节输出电压以满足不同要求的负载。

(2) 控制方法较多，主要有角度控制法，电流斩波控制法，脉冲宽度调制控制法等，这些方法使得发电系统易于控制。

(3) 输出电流为脉冲直流电，故输出电流适用于直流供电系统。

（4）做成的发电装置转速很高，其能流密度也相当高。

（5）它是一种高效率的发电机，由于其特殊结构故其没有铜耗。

（6）由于其转矩的方向不由电流方向决定，所以只需要通以单方向的电流，简化了功率变换器的构造。又因为它的开关管直接与绕组相连，所以避免了直接短路的风险。

航空器及船舶等载体的工作环境相对来说比较恶劣，对起动/发电机的要求比较高，上述开关磁阻电机所具有的特点恰好适合这些载体，并且开关磁阻发电机在风力发电系统中也有很好的发电性能。这些载体或环境均为恶劣环境，一般的发电机没法满足其要求，这是开关磁阻发电机的优势所在。复杂的结构，较短的寿命、较差的高空大功率换向性能，高要求的维护等缺陷是许多普通电机所具有的，这些电机的推广使用受到了限制。上个世纪八十年代，美利坚合众国就着手研究开关磁阻电机在飞行器的应用，其研制的战斗机电压品质满足 MIL-STD-704E 标准，输出电压为270V，单机功率最大达250KW；由洛克希德-马丁公司也参与了开关磁阻电机在军事上应用的研究，使得SR电机在新型战斗机上得到了应用。

风场的发电环境是极为差的，开关磁阻发电机的优点使其能够在风力发电中得到重用，相比于使用感应发电机，开关磁阻发电机拥有简易的构造和控制系统，转子无绕组，便于控制，而普通的异步发电机往往因为其转子强度不够，故障频繁，转速范围有限制等问题无法在风场中发挥最大的发电效率。在风速多变的风场中，开关磁阻发电机在比较大的转速范围中，其发电效率比较高，所以在风力发电领域使用开关磁阻发电机有着很光明的前景。

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