开关磁阻电机H桥式功率变换器仿真研究

1、开关磁阻电机h桥式功率变换器仿真研究5 hao chen, xing wang, h u i z eng. electromagnetic design o f s w i t c h e d reluctance linear m a c h i n e c . proceed i ngs o f 6th interna t i on a 1 power electronics and mo t i on control conf e rence,2 0 0 9, 83 6-84 0.6 赵争鸣，刘建政，孙晓英等.太阳能光伏发电及其应用m.北京：科学出版社，2 0 0 5, 1 - 1 87

2、吕贝，邱海梅，张宇.太阳能光伏发电产业及现状j 华电技术，2 0 1 0, 3 2 ( 1 )： 7 3 - 7 6 .8 chen hao the novel wind po w e r solar e n e r g y photovol taiccomplementary power plant s y s t em j d y n a m i c s o f cont inuous,d iseret e andi m p u 1 s i v e systems,s er i e se.2 0 0 6,1 1 0 8 - 1 1 1 2 .9 戴朝波，林海雪.电压源型逆变器三角载波电流控

3、制新方法j ,中国电机工程学报，2 0 0 3, 2 2 ( 2 )： 9 9 - 1 0 2 .10 郭小强，珈伟扬，赵清林.新型并网逆变器控制策略比较和数字实现j 电工技术学报，2 0 0 7, 2 2 ( 5 )： 111-1111陶永华，尹怡欣，葛芦生新型p i d控制及其应用m北京：机械工业岀版社，1 912f u k u k a , t a ka a noverackmethod forfiltersinusmodj i eionsindtry a pplica2 0 0 1,37(3)： 888-894. 1mihai c i o b o tcu, f r e d e br y

4、adapt i v esonant confor g r i d c oc t e d c o n v ebutpower geneternsci e d poweand exp1u cha, t r u ne e o n kim.design and c o n tconp r o p o r t ionalresonantbased photovoltaic powen d i t i o n i n g systemc e n e r g y cono f photieee s tvers ion congress and exposition,15ieeeru t i1 i t yt

5、ai c(p v)0 ,9 2 9-2000 9,29 8-21recommendef ointerfacesys terns s.o 10 0 0作者简介：1王小昆（19 8 3），男，中国矿业大学硕士研究生，主要 从事光伏并网逆变系统及电力电子研究 通信地址：江苏徐州中国矿业大 学文昌校区教四楼2 0 5 b, 邮编2 2 1 0 0 82胡贤新（ 1 9 8 6 ），男，中国矿业大学硕士研究生，主要 从事光伏并网逆变系统及电力电子研究 通信地址：江苏徐州中国矿业大 学文昌校区教四楼2 0 5 b, 邮编2 2 1 0 0 8开关磁阻电机h桥式功率变换器仿真研究尹红梅（中国矿业大学信电学院

6、，江苏徐州，2 2 1 0 0 8 ）摘 耍：功率变换器是s rd系统的重耍组成部分，本文分析了 h桥型功率变换器主电路的结构和工作原理，然后根据电压平衡方程式编写了功率变换器的m文件，进而建立起s r d系统的仿真模型。通过仿真结果，得到h桥式功率变换器电流的特点。最后给出了样机实验的电流波形,验证了仿真模型的有效性。关键词：开关磁阻电机；功率变换器；仿真simulation of power convertor of switched reluctanee motoryin hongmei(school of information and electronic engineering,

7、china university of mining and tech no logy,88xuzhou, jiangsu 221008, china)abstract: power convertor is an important part of switched reluctanee drive (srd).after analyzing the structure and working principle of the power convertor, a model of srd was set up on a platform of matlab-simulink. this m

8、odel was made up of several blocks, and the power convertor was build up by m-files. after simulation, the characteristic of phase current of main circuit was provided in the end, the experiment results of phase current waveforms were carried out the results verified the model has good performanee.k

9、eywords: switched reluctanee motor (srm), power convertor, simulation1引言开关磁阻电机调速系统(switched reluctance d r i v e,简称srd)是一种新型无级调速系统，结构简单，控制灵 活，可控因素多，调速范围较广，可靠性高，目前已应用于电动车驱动、通用工业、纺织机械、电力传动、航空业和家用电器等各个领域。一般由开关磁阻电机 (switched reluctance motor ,简称s rm).功率变换器、控制器和位置检测器四部分组成5。s rm的功率变换器在调速系统中有着重要的作用，因此合理的设计

10、功率变换器是提高开关磁阻调速系统的性价比的关键之一。其主电路拓扑形式 的选取与供电电压、电机相数、主开关器件的种类等有密切关系7。 然而，目前尚无适合所有s rm及不同控制方式的理想功率变换器。目前四相8/6结构的srm适用最广泛的功率变换器有:不对称半桥型、 双极性电源型、双绕组式和h桥型。本文对四相8/6结构的开关磁阻电机 的h桥型的功率变换器主电路进行研究。在matlab/simulink环境下对h 桥型的功率变换器主电路的srm进行了空载和加载两种情况下的仿真。61 42h桥型功率变换器的工作原理对于四相8/6结构的srm, h桥型功率变换器使用较少的开关器件, 其主电路拓扑结构如图1

11、所示。图1 h桥型功率变换器结构图电路中将sr电动机的四相绕组的末端连接，图中vt5由脉宽调制信 号pwm控制，实现srm调速。每相绕组的外加电压为电源电压的一半, 任一相绕组电路必须以英它绕组为通路，换相的磁能一部分回馈电源，另 一部分注入导通相绕组，故须采用双相运行方式。虽然控制上少了灵活性, 但这同时也给本主电路带来了特有的好处，即可以实现零电压续流，提高 了系统的控制性能。3仿真模型89在matlab/simulink环境下建立四相8/6开关磁阻调速系统的非线性 仿真模型，如图2所示。模型主要由三个模块和输入输出组成。为了使系 统跟踪给定转速，得到良好的调速性能，采用转速闭环控制，这在

12、图3中 有所体现。在控制方式的选择上，本文采用了电压pwm控制方式，即固 定供电电压、开通角和关断角，通过调节pwm占空比来调节电源加在相 绕组上的时间，从而调节电机的转速。图3至图5分别给出了封装模块下 的pwm_controller模块、convertor模块和srm模块的详细模型。图2系统仿真模型1pwm信号发生模块：通过转速控制器的输出来控制pwm信号的占 图3包含两部分，o2转子位置判断模块：该模块通过比较转子位置和开通关断脚的关系 来确定各相得通空比；o电逻辑。图3 pwm_controller模块仿真模块图4是功率变换器模块：根据通电逻辑，供电电压以及pwm信号来 决定各相绕组的

13、开通90和关断。该模块的建立是根据其工作原理总结的电压平衡方程式编写 功率变换器的m函数，然后利用matlab fun建立功率变换器的仿真模块；图4功率变换器仿真模块1转子位置角计算模块，如图6所示：四图5是srm模块：该模块也 包括两部分，o相8/6结构的srm,各相绕组z间互差15。，转子极矩角or为60。，通过 “math function”2srm四相绕组及转速计算模块。其模块取余运算，将各转子位置折 算到0。卄之间。o中四相绕组的结构是一样的，如图7所示。它将转子位置折算到是通 过对由有限元法计算获得s rm磁化曲线簇进行插值处理，得到任一瞬时 转子位置角和电流下的s rm磁链值，然

14、后利用此值通过进一步的数学计 算，从而得到开关磁阻电动机的电流，转矩，转速，最终建立起开关磁阻 电动机每相的非线性模型。图5 srm模块仿真模型91图6转子位置角计算模块图7srm 一相仿真模型4 仿真结果利用所建立的仿真模型，对不同转速和负载条件下的系统进行了仿真 实验。其中开通角为7.5。，关断角为22.5°，直流供电电压为132v。(1) 轻载仿真仿真中给定负载转矩为o.oln.m,转速分别为500r/min> 800r/min和 1000r/min ht,系统的启动转速、相电流波形以及合成电磁转矩波形如图9 所示。其中启动转速只给出了 500r/min时的如图8所示。图

15、8 500r/min启动转速92(b) 500r/min稳态合成转(a) 500r/min稳态相电流矩(c) 800r/min稳态相电流(d) 800r/min稳态合成转矩(e) 1000r/min稳态相电流(f) looor/min稳态合成转矩图9空载时稳态电流和转矩由仿真结果可以看岀，系统有较好的动静态性能，转速上升较快无超 调，达到给定转速后稳定运行。稳态时合成转矩平稳，脉动较小。随着转 速的提高，电流峰值变高，有利于电机出力，但是转矩的脉动也在变大。由仿真结果还可以看出，采用h桥型功率变换器主电路结构，相电流 有一个二次上升的，电流中部有一个尖峰，这与传统的不对称半桥型功率 变换器主电

16、路的电流波形冇较大的差异，如图10所示。0图10仿真相电流波形与不对称半桥型主电路电流示意图(2)加载仿真增加给定负载转矩到0.5n.m,在转速为500r/min时的仿真结果如图11所示。图11加载0.5n.m时仿真结果从图11可以看出，负载增加后，电流明显增大，口电流不会下降到 零。启动转矩较大，有利于电机快速启动，但是由于开通角度比较靠前, 启动过程中会存在一部分负转矩。5样机实验结果样机为一台四相8/6结构3kw的srm,主电路采用h桥式结构。实 验时并未加载，系统为一空载小惯量系统。给定转速为500r/min>1000r/min 下的稳态电流曲线，如图12所示。图中横坐标为时间，

17、图a为10ms/格， 图b为5ms/格；纵坐标为电流，约130ma/格。(a) 500r/min(b) 1000r/min图12样机空载情况下的稳态电流由图12可以看出实验电流与仿真的电流波形基本一致，从而验证了 所建立的仿真模型的有效性。为下一步的研究提供了一个良好的基础。6结论h桥型功率变换器主电路结构使用的功率器件少，结构简单，成本低 廉。通过仿真分析可以看出，h桥式功率变换器主电路的srd,相电流与 传统主电路(不对称半桥结构)的明显不同。电机启动转矩较大，稳态转 矩平稳，脉动较小，较适合小功率四相8/6结构开关磁94阻电机。参考文献：1 1 苏建强，李长兵，冯亮. 开关磁阻电动机非线

18、性建模与仿真.车辆与动力技术，2 0 0 9, ( 0 3 )： 18-21.chinemotgener i eee/ asme t r achepoweretaandmeehconsanalnee maco r coaltechnon i c s , june 2010.4chenwitch0 8 1.3haology.5 7-65hao,g e prop a vl i t 0 v.f s w i t c h e dlianmachinesvol.xiaocheding(wuhan, china), pp-1077-15 马春燕，王振民. 开关磁阻电机调速系统功率变换器的仿 真与研究. 太原

19、理工大学学报，2 0 0 6, 3 7 ( 6 )：6 9 5 - 6 9 8 .6 陈昊， 谢桂林， 张超. 开关磁阻电机功率变换器主电 路研究.电力电子技术.2 0 0 06，vol. 3 4 , no. 3,p p . 2 2 2 5 .7 陈昊， 谢桂林. 开关磁阻调速电动机功率变换器主电路 研究. 煤炭学报.2000. 12 vol. 2 5 , suppp. 150 1 5 3 .屋顶光伏并网发电系统的设计思路孙邦伍戚长江张海波(南京冠亚电源设备有限公司，江苏南京，210031)摘 要：随着国家对光伏能源政策的调整，国内一些企业都在加大 力度策划并实施屋顶光伏并网发电项日，推动光伏

20、产业的发展。屋顶光 伏并网发电站的合理性及稳定性是电站的一个重要指标，一般影响其合 理性及稳定性的因素如下：1光伏组件的布局；2.光伏组件的串并联 设计；3.防雷汇流箱的设计；4.电力 电缆的的布局；5.屋面的处 理；6.直流配电系统设计；7.交流配电系统设计；8系统防雷设计 等等因素均 直接影响屋顶光伏并网发电站的合理性、稳定性和用户的经 济效益。关键词：屋顶光伏并网；光伏组件布局；防雷汇流箱；防雷系统；配电系统；经济效益design concept of rooftop photovoltaicpower systemsun bang-wu qi chang-jiang zhang hai-bo(nanjing first second power equipment co.?ltd, nanjing, jiangsu, 210031, china)