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。
控制器是系统的核心。它综合处理给定指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对sRG运行状态的控制。
3 SRG两种发电模式介绍
sRG系统主要有两种工作模式，即自励模式和他励模式。功率变换器形式多种多样。主电路的结构与励磁方式、电机相数及主开关器件的种类等有关。鉴于不对称半桥式电路主开关管的电压定额与电机绕组的电压定额近似相等，用足了主开关管的额定电压，有效的全部电源电压可用来控制相绕组电流;每相绕组接至各自的不对称半桥，在电路上，相与相之间是完全独立的，对绕组相数没有任何限制;每相需要两个主开关管，电动机绕组与每相开关串联，不存在上、下桥臂直通的故障隐患等特点，因此本系统中开关磁阻电机功率变换器电路采用不对称桥使电路。自励和他励主电路如下图3所示。
所谓的自励模式，如图3(a)所示，就是在电压建立的初始瞬间，由外电源提供初始励磁，当电压达到控制所需的稳定值后，切断外电源，此后由sR发电机本身发出的电压提供励磁。在这种模式中，由于建压后则不再需要外电源，系统体积较小，效率高。他励模式如图3(b)，励磁回路与发电回路彼此独立，线路比较复杂，但由于在sR发电机运行过程中始终由外部电源提供励磁，此时励磁电压与输出电压无关，两者可以独立调节，因此控制比较方便。在实际应用中，需考虑到sR发电机具体运行条件，选用不同的工作模式。本文以研究自励模式为主。
4 SRG自励发电试验系统
sRG自励发电系统由原动机、起励电源、功率变换器、sRc、电流传感器、位置传感器和控制系统组成。搭建实验室试验系统如图4所示。原动机(本试验系统原动机采用4 kw直流电动机)为sRG提供所需的机械能，sRG部分则负责将原动机输入的机械能转化为电能，实现发电运行。
5 sRG自励发电仿真波形
本文采用Maab/simulink中的模块搭建仿真模型，进行了开关磁阻电机自励发电电压闭环的仿真。仿真采用电流斩波控制，电压闭环采用PJ调节，固定导通角为15°。
(1)闭环建压过程电压给定100 V，不同负载情况建压波形如图5(a)，不同转速情况建压波形如图5(b)。
由仿真波形可看出，系统以不同负载建压，可知负载越重(R=10 Ω)，建压过程越长，相反，负载越轻(R=100 Ω)，建压过程越短。系统以不 同转速建压，可知转速越高(ω=200 tad/s)，建压过程越长，相反，转速越低(ω=100 tad/s)，建压过程越短。
(2)突加、突减负载过程系统给定100 v，系统以负载100Ω建压，在0.1 s时刻突加负载为50 Ω，在0.2 s时刻突卸负载为100 Ω。图6为输出电压波形。可知系统在电压闭环PI调节下，当负载变化时，可基本保持输出电压恒定不变。
6实验结果
图7为开关磁阻电机(SRG)自励电压闭环试验波形。起励电压24 V，电压给定50 V。c Hl～cH4分别为母线电压和三相电流波形，电机转速固定在700 r/min。可看出，SRG闭环系统能可靠地建压，发电稳定运行后，母线电压基本稳定在给定电压50 V。
图8为系统突加突减负载试验波形。系统给定电压为60 v，由波形可看出在21 s时突卸负载(从55 n到80 n)，在33 s时刻突加负载(从80 n到55 Ω)。在此过程中，输出电压基本保持60 V恒定不变，可见该闭环调节性能良好。
7结论
通过仿真及试验，验证开关磁阻电机以发电机方式运行时，具有自励功能，只需提供起励电压，就可以稳定发电，且在自励方式下SRG发电装置比较轻便，适合小型离网发电。在实验仿真中，笔者发现SRG在自励发电模式下运行时，要注意防止发电起始阶段出现瞬间大电流冲击，可以适当的提高主电路并联电容的初始电压，以提高系统运行的可靠性.
