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基于廢氣能量回收系統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)控制策略

在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放口放置一個(gè)渦輪機(jī)，其后連接高速開關(guān)磁阻（SR）電機(jī)，這種設(shè)計(jì)方法能夠有效地回收廢氣能量。

在模型搭建方面，線性模型在磁感應(yīng)強(qiáng)度較大時(shí)效果不理想。為了得到最優(yōu)的控制策略，需要考慮模型的非線性部分。同時(shí)，為了減少運(yùn)算時(shí)間，將非線性靜磁有限元分析法與時(shí)域回路模型相結(jié)合，以得到不同轉(zhuǎn)子位置和激勵(lì)下輸出的扭矩和相電流（圖1）。高速SR發(fā)電機(jī)通常運(yùn)行在“單脈沖”模式下，控制開關(guān)頻率很高。圖1中，定義控制角有開起角θon（某相開起時(shí)轉(zhuǎn)子相對定子的角度）和閉合角θdw（某相持續(xù)開起的角度）。

給定的功率需求所對應(yīng)的控制角有多種組合，如何選擇最優(yōu)的控制角需要考慮SR發(fā)電機(jī)內(nèi)的電磁損失，包括銅損耗和鐵損耗。鐵損耗主要取決于激勵(lì)頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化，隨控制角的變化較??；銅損耗主要?dú)w因于電導(dǎo)體中的時(shí)變磁場，其值遠(yuǎn)小于鐵損耗。然而，當(dāng)θon較大時(shí)，由于相電流過高導(dǎo)致銅損耗迅速增加且超過鐵損耗。

分析結(jié)果顯示，對于固定的θon，隨著θdw的增大，每安培輸出扭矩（該變量用來評(píng)價(jià)系統(tǒng)效能）逐漸減小，系統(tǒng)效率降低；而當(dāng)θon過大時(shí)，過多的銅損耗將導(dǎo)致熱應(yīng)力過大，降低系統(tǒng)使用壽命。因此，分析得到SR發(fā)電機(jī)的最佳控制區(qū)域如圖2所示，在該控制角范圍內(nèi)，每安培輸出扭矩最大，能量損耗最小。

刊名：IEEE Transactions on Industry Applications（英）

刊期：2012年第5期

作者：Melanie Michon et al

編譯：張為榮