一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机及直流发电系统 |
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| 申请号 | CN202410039285.3 | 申请日 | 2024-01-10 | 公开(公告)号 | CN118040929A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 山东理工大学; | 发明人 | 鲁炳林; 赵博; 刘剑; 李海涛; 李存贺; 焦提操; 尹文良; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种新型实心 转子 超高速同步磁阻发 电机 及直流发电系统，属于电机应用技术领域，本发明在传统单套 定子 绕组同步磁阻发电机结构 基础 上，一方面增加了一套独立的定子励磁绕组，使得发电 电压 容易调节，能够实现变速变载恒压发电运行，另一方面采用了高强度实心转子结构，提高了转子机械强度，能够实现超高速运行，解决了传统同步磁阻发电机难以用于航空发电系统的 瓶颈 问题，让该直流发电系统具有无刷化结构、发电电压易调节、耐高温、输出直流电压脉动小、发电效率高、功率 密度 高、可靠性高以及控制变换器容量小的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机及直流发电系统技术领域[0001] 本发明属于电机应用技术领域，具体涉及一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机及直流发电系统。 背景技术[0002] 航空领域的发电系统对发电机的高温高速环境适应性、功率密度、效率等指标都提出很高要求，使得高速发电机成为首选。随着多电/全电飞机的发展，为适应航空系统对电源品质和容量不断提高的要求，高压直流发电系统、变频交流发电系统得到越来越多的重视。高压直流电源系统具有容量大、重量轻、效率高、简化航电设计、简化地勤维护、可靠性高、电磁兼容性好、易并联实现不间断供电和多余度供电等突出优势，是航空电源系统的重要发展方向，国内外学者研究较多，在一些先进飞机上也得到了应用。发电系统作为航空独立电源系统的核心部件，应具备无刷化结构、变速变载恒压发电能力、容量尽量小的控制变换器、高可靠性、高效高功率密度等基本特点。 [0003] 现有航空交流发电机系统基本都采用三级式无刷同步电机，开关磁阻电机、永磁同步电机、异步电机、电励磁双凸极电机是目前用于航空发电系统的其他几种主要电机类型。三级式无刷同步电机由于转子结构复杂、起动困难，难以实现高速和起动发电运行，限制了其进一步发展应用。开关磁阻电机高速运行时转矩脉动大、振动噪声大、效率低等瓶颈问题难以解决，并且由于全部励磁由电枢绕组电流提供、发电电压脉动大、输出电压非正弦，导致功率变换器容量和重量大、滤波器体积重量大、只适用于高压直流发电系统中。电励磁双凸极电机在开关磁阻电机基础上衍化发展而来，继承了其结构优点，同时存在双凸极结构带来的问题，但相比开关磁阻电机增加了独立的励磁绕组，电枢绕组无需提供励磁电流，发电控制更加简单可靠。永磁同步电机和异步电机均为正弦波电机，均可用于高压直流和变频交流发电系统中，但前者由于永磁体的存在，导致高温退磁风险、故障灭磁困难，降低了系统可靠性；后者由于转差频率的存在，导致较高的转子损耗和电机发热，降低了系统效率，这成为限制两者用于高可靠性、高效率航空发电系统的瓶颈问题。 [0004] 同步磁阻发电机具有转子无永磁体、结构简单可靠、耐高温、转矩脉动和振动噪声小、发电电压正弦性好等优点。然而，一方面由于转子空气磁障的存在导致转子机械强度相对较差，限制了其高速运行能力；另一方面由于定子采用单套绕组，导致励磁磁场及发电电压难以调节，限制了其变速变载恒压发电运行能力，成为制约其用于航空发电系统的瓶颈问题。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机及直流发电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机，包括： [0008] 定子复合绕组，设置于定子铁心内，所述定子复合绕组包括一套励磁绕组和一套功率绕组，且励磁绕组和功率绕组嵌放于所述定子槽中； [0009] 实心转子，装配于定子铁心。 [0010] 作为一种优选的实施方式，所述实心转子为拼插式实心转子，所述拼插式实心转子包括导磁铁心段转子、实心磁障段转子和护套，所述导磁铁心段转子和实心磁障段转子均设置于护套内，所述实心磁障段转子的尾端设置有转轴，所述导磁铁心段转子的前端设置有转轴。 [0011] 作为一种优选的实施方式，所述实心磁障段转子的前端沿轴向开设有若干个空气槽，所述导磁铁心段转子的尾端沿轴向开设有若干个空气槽，且实心磁障段转子的空气槽形状与导磁铁心段转子开槽后铁心的形状完全相同。 [0012] 作为一种优选的实施方式，所述实心转子为嵌入式实心转子，所述嵌入式实心转子包括实心磁障和若干层导磁铁心，所述实心磁障的两端均设置有转轴，所述实心磁障的外壁开设有若干个空气槽，且实心磁障各层空气槽的形状与导磁铁心的形状完全相同。 [0013] 作为一种优选的实施方式，若干层导磁铁心通过过盈配合嵌入所述实心磁障的空气槽内，且当导磁铁心受力旋转时，若干层导磁铁心对称轴两侧的高速离心力分量相互抵消，仅剩垂直于对称轴的离心力径向分量，通过所述实心磁障的端部进行平衡。 [0014] 作为一种优选的实施方式，所述励磁绕组和功率绕组均采用单层绕组结构或多层绕组结构中的任意一种，所述励磁绕组的极对数和功率绕组的极对数相同且呈对称分布，所述励磁绕组和功率绕组共用发电机铁心和气隙磁路，所述励磁绕组的相数和功率绕组的相数至少为两个，且励磁绕组电流和功率绕组电流产生的基波旋转磁场速度相同，且当所述励磁绕组相数和功率绕组相数相同时，各对应相的绕组轴线可以重合或者互相错开特定角度。 [0018] 所述系统变速变载稳压控制器通过所述励磁变换器实时控制所述励磁绕组电流大小，以实时调节发电机励磁磁场。 [0019] 作为一种优选的实施方式，所述系统变速变载稳压控制器，用于实时检测所述励磁绕组的电流瞬时值和所述直流负载的电压，并生成驱动信号，用以控制所述励磁变换器内部功率管器件的导通和关断，进而实时调节所述励磁绕组的励磁电流，实现所述实心转子超高速同步磁阻直流发电系统的变速变载恒压发电运行。 [0020] 作为一种优选的实施方式，所述励磁电容与整流器和直流负载通过并联方式连接至所述功率绕组的出线端，所述功率绕组的输出电压作用于所述励磁电容容抗，产生励磁电容电流，所述励磁电容电流和整流器和直流负载的交流侧电流叠加合成功率绕组输出电流。 [0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0022] 本发明在传统单套定子绕组同步磁阻发电机结构基础上，一方面增加了一套独立的定子励磁绕组，使得发电电压容易调节，能够实现变速变载恒压发电运行，另一方面采用了高强度实心转子结构，提高了转子机械强度，能够实现超高速运行，解决了传统同步磁阻发电机难以用于航空发电系统的瓶颈问题，让该直流发电系统具有无刷化结构、发电电压易调节、耐高温、输出直流电压脉动小、发电效率高、功率密度高、可靠性高以及控制变换器容量小的特点。附图说明 [0023] 图1为本发明的实心转子超高速同步磁阻直流发电系统的结构框图； [0024] 图2a至图2b为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻发电机结构图； [0025] 图3a至图3b为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻发电机横截面结构示意图； [0026] 图4为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻发电机轴截面结构示意图，以含有护套的拼插式实心转子为例； [0027] 图5a至图5d为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻发电机功率绕组； [0028] 图6a至图6d为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻发电机励磁绕组； [0030] 图8a至图8c为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻直流发电系统带直流电阻负载时，在起动建压、低速负载、高速负载工况dq坐标系下的电压、电流相量图； [0031] 图9为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻发电机在转速30000r/min、励磁绕组电流单独作用下的功率绕组空载反电动势波形图； [0032] 图10a至图10c为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻直流发电系统带直流电阻负载时，功率绕组交流侧输出电压、输出电流、负载电流仿真计算波形图。 [0033] 图11a至图11b为本发明实施例三相2极24槽实心转子超高速同步磁阻直流发电系统带直流电阻负载时，电阻负载直流电压、直流电流仿真计算波形图。 [0034] 图中：1、发电机；11、导磁铁心段转子；12、实心磁障段转子；13、护套；14、导磁铁心；15、实心磁障；16、定子铁心；17、功率绕组；18、励磁绕组；2、辅助蓄电池；3、励磁变换器；4、励磁电容；5、系统变速变载稳压控制器；6、旋转变换器(旋变)；7、整流器；8、直流负载；9、反馈回路可控开关。 具体实施方式[0035] 下面结合实施例对本发明做进一步的描述。 [0036] 以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。 [0037] 实施例1 [0038] 本实施例提供一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机，发电机1包括： [0039] 定子铁心16，包括定子轭部和多个定子齿，定子齿包括定子齿靴和平行定子齿身，相邻定子齿之间形成定子槽。 [0040] 定子复合绕组，设置于定子铁心16内，定子复合绕组包括一套励磁绕组18和一套功率绕组17，且励磁绕组18和功率绕组17嵌放于定子槽中。 [0041] 实心转子，装配于定子铁心16。 [0042] 具体的，如图2a和图3a所示，实心转子为拼插式实心转子，拼插式实心转子包括导磁铁心段转子11、实心磁障段转子12和护套13，导磁铁心段转子11和实心磁障段转子12均设置于护套13内，实心磁障段转子12的尾端设置有转轴，导磁铁心段转子11的前端设置有转轴，导磁铁心段转子11与实心磁障段转子12组成实心转子，其铁心外侧施加过盈装配的高强度合金或碳纤维材质的护套13，通过施加一定的预紧力用以克服转子高速旋转时的巨大离心力，从而提高转子机械强度、实现实心转子超高速同步磁阻发电机的超高速运行。通过优化导磁铁心段转子11和实心磁障段转子12的磁障段的层数、厚度配比、形状等参数，以及护套13厚度和装配过盈量等参数，可在提高转子机械强度的同时尽可能增大电机凸极比，提高发电效率、功率因数、功率密度，减小输出直流电压脉动。 [0043] 实心磁障段转子12的前端沿轴向开设有若干个空气槽，导磁铁心段转子11的尾端沿轴向开设有若干个空气槽，且实心磁障段转子12的空气槽形状与导磁铁心段转子11开槽后铁心的形状完全相同。 [0044] 具体的，如图2b和图3b所示，实心转子为嵌入式实心转子，嵌入式实心转子包括实心磁障15和若干层导磁铁心14，实心磁障15的两端均设置有转轴，实心磁障15的外壁开设有若干个空气槽，且实心磁障15各层空气槽的形状与导磁铁心14的形状完全相同，本实施例中，实心磁障15开设4个径向厚度均匀的空气槽，从而形成5个厚度均匀的磁障段，所有的磁障段通过两个端部与转轴形成一体化结构组成实心磁障15。 [0045] 若干层导磁铁心14通过过盈配合嵌入实心磁障15的空气槽内，且当导磁铁心14受力旋转时，若干层导磁铁心14对称轴两侧的高速离心力分量相互抵消，仅剩垂直于对称轴的离心力径向分量，通过实心磁障15的端部进行平衡。导磁铁心14是由高强度导磁合金加工制成的特定形状结构、能够与实心磁障15中的空气槽配合，本实施例中导磁铁心14共4层，每层导磁铁心14的形状与实心磁障15中对应的空气槽形状完全相同，4层导磁铁心14通过过盈配合嵌入实心磁障15的空气槽内，构成整体实心转子。通过优化导磁铁心14和实心磁障15的层数、厚度配比、形状等参数，以及导磁铁心14的装配过盈量、实心磁障15的端部厚度等参数，可在提高转子机械强度的同时尽可能增大电机凸极比，提高发电效率、功率因数、功率密度，减小输出直流电压脉动。 [0046] 励磁绕组18和功率绕组17均采用单层绕组结构或多层绕组结构中的任意一种，本实施例中功率绕组17设计为双层短距分布绕组，其绕组分布如图5a至图5c所示，励磁绕组18设计为单层整距绕组，其绕组分布如图6a至图6d所示。 [0047] 励磁绕组18的极对数和功率绕组17的极对数相同且呈对称分布，励磁绕组18和功率绕组17共用发电机铁心和气隙磁路，励磁绕组18的相数和功率绕组17的相数至少为两个，且励磁绕组18电流和功率绕组17电流产生的基波旋转磁场速度相同，且当励磁绕组18相数和功率绕组17相数相同时，各对应相的绕组轴线可以重合或者互相错开特定角度，本实例中，采用的功率绕组17和励磁绕组18均设计为三相，两套绕组各对应相的绕组轴线互相错开15°电角度。 [0049] 励磁电容4，用于在起动建压阶段上产生无功电流和无功功率。 [0050] 辅助蓄电池2、励磁变换器3和系统变速变载稳压控制器5，用于在起动建压阶段上，让励磁绕组18提供初始励磁电流和励磁磁场，且在原动机作用下，在功率绕组17交流侧输出交流电压。 [0051] 系统变速变载稳压控制器5通过励磁变换器3实时控制励磁绕组18电流大小，以实时调节发电机励磁磁场。 [0052] 系统变速变载稳压控制器5，用于实时检测励磁绕组18的电流瞬时值和直流负载8的电压，并生成驱动信号，用以控制励磁变换器3内部功率管器件的导通和关断，进而实时调节励磁绕组18的励磁电流，实现实心转子超高速同步磁阻直流发电系统的变速变载恒压发电运行。 [0053] 励磁电容4与整流器7和直流负载8通过并联方式连接至功率绕组17的出线端，功率绕组17的输出电压作用于励磁电容4容抗，产生励磁电容4电流，励磁电容4电流和整流器7和直流负载8的交流侧电流叠加合成功率绕组17输出电流。 [0054] 实心转子超高速同步磁阻发电机dq坐标系数学模型如下： [0055] 功率绕组17磁链方程为： [0056] [0057] 其中：LD、LQ分别为功率绕组17的d轴电感和q轴电感；iD、iQ分别为功率绕组1716d轴电流和q轴电流；i'd、i'q分别为励磁绕组18d轴电流和q轴电流(折算到功率绕组17侧)；M'LM为复合绕组在d轴与d轴或q轴与q轴之间的等效互漏感(折算到功率绕组17侧)；M'lDq、M'lQd分别为复合绕组在d轴与q轴、q轴与d轴之间的互漏感(折算到功率绕组17侧)。 [0058] 励磁绕组18磁链方程为： [0059] [0060] 其中：L'd、L'q分别为励磁绕组18d轴电感、q轴电感(折算到功率绕组1716侧)，ψ'pm为永磁磁链。 [0061] 功率绕组17电压方程为： [0062] [0063] 其中，R为功率绕组17相电阻，ω为电角速度。 [0064] 励磁绕组18电压方程为： [0065] [0066] 其中，r'为励磁绕组18相电阻(折算到功率绕组17侧)。 [0067] 电磁转矩方程为： [0068] [0069] 由于励磁绕组18只提供励磁电流i'd，即i'q＝0，则电磁转矩方程简化为： [0070] [0071] 其中，只有当复合绕组d轴电流iD、i'd与功率绕组17q轴电流iQ相互作用使得电磁转矩为负时，表示发电机运行。 [0072] 本实施例中，直流发电系统工作过程：起动建压阶段，反馈回路可控开关9处于关断状态，发电机励磁绕组18通过辅助蓄电池2、励磁变换器3、系统变速变载稳压控制器5提供初始励磁电流和励磁磁场，在原动机作用下，在功率绕组17交流侧输出交流电压，一方面在励磁电容4上产生无功电流和无功功率，另一方面通过整流器7将交流电压整流为直流电压后在直流负载8上产生发电有功功率。励磁电容4无功电流的励磁分量能够产生励磁磁场，并与励磁绕组18电流产生的励磁磁场相互增强，功率绕组17交流侧输出电压和直流负载8的直流电压在自激磁作用下不断增大，直至达到要求的输出直流电压后起动建压过程结束，接下来进入变速变载恒压发电阶段；其次，变速变载恒压发电阶段，辅助蓄电池2从系统断开，反馈回路可控开关9处于闭合状态，励磁绕组18所需供电功率取自于功率绕组17发电功率的一部分，在发电系统变速变载发电运行过程中，系统变速变载稳压控制器5通过励磁变换器3实时控制励磁绕组18电流大小，实现实时调节发电机励磁磁场的作用，从而实现变速变载恒压发电运行。 [0073] 实施例2 [0074] 本实施例提供一种新型实心转子超高速同步磁阻发电机，发电机1包括： [0075] 定子铁心16，包括定子轭部和多个定子齿，定子齿包括定子齿靴和平行定子齿身，相邻定子齿之间形成定子槽。 [0076] 定子复合绕组，设置于定子铁心16内，定子复合绕组包括一套励磁绕组18和一套功率绕组17，且励磁绕组18和功率绕组17嵌放于定子槽中。 [0077] 实心转子，装配于定子铁心16。 [0078] 一种直流发电系统，还包括辅助蓄电池2、励磁变换器3、励磁电容4、直流负载8、整流器7、系统变速变载稳压控制器5、旋转变压器和反馈回路可控开关9。 [0079] 励磁电容4，用于在起动建压阶段上产生无功电流和无功功率。 [0080] 辅助蓄电池2、励磁变换器3和系统变速变载稳压控制器5，用于在起动建压阶段上，让励磁绕组18提供初始励磁电流和励磁磁场，且在原动机作用下，在功率绕组17交流侧输出交流电压。 [0081] 系统变速变载稳压控制器5通过励磁变换器3实时控制励磁绕组18电流大小，以实时调节发电机励磁磁场。 [0082] 系统变速变载稳压控制器5，用于实时检测励磁绕组18的电流瞬时值和直流负载8的电压，并生成驱动信号，用以控制励磁变换器3内部功率管器件的导通和关断，进而实时调节励磁绕组18的励磁电流，实现实心转子超高速同步磁阻直流发电系统的变速变载恒压发电运行。 [0083] 励磁电容4与整流器7和直流负载8通过并联方式连接至功率绕组17的出线端，功率绕组17的输出电压作用于励磁电容4容抗，产生励磁电容4电流，励磁电容4电流和整流器7和直流负载8的交流侧电流叠加合成功率绕组17输出电流。 [0084] 本实施例在起动建压阶段的工作原理： [0085] 在起动建压阶段，功率绕组17输出的交流电压较小，因此通过整流器7后输出的直*流电压UDC较小，则UDC与给定直流电压U DC的偏差电压ΔU较大，ΔU经PI控制器得到的电压* * 作为励磁绕组18的d轴坐标电流给定值id，励磁绕组18的q轴电流给定值i q＝0。励磁绕组* * 18的三相检测电流ia、ib、ic经ABC‑dq坐标变换器后得到实测的id、iq，与id、i q比较后经PI控制器得到励磁绕组18的dq坐标系电压ud、uq，经dq‑αβ坐标变换器后得到SVPWM控制器的输入电压uα、uβ，进而通过SVPWM控制方式产生励磁变换器3的驱动信号，并将直流负载8上反馈的直流电逆变为三相对称交流电，经电感滤波后在励磁绕组18中产生三相对称励磁电流。 励磁绕组18的励磁电流与励磁电容4无功电流中的励磁分量共同在发电机中产生励磁旋转磁场，提高了功率绕组17的输出电压，进一步在励磁电容4中产生更大的励磁电流，并且励磁绕组18中的励磁电流继续增大，在发电机中产生更大的励磁磁场，形成正反馈自激磁作用，因此功率绕组17的交流侧输出电压和直流负载8上的直流电压在自激磁作用下不断增* 大，直至达到要求UDC后起动建压过程结束，接下来进入变速变载恒压发电阶段。 [0086] 以本实施例带直流电阻负载为例，起动建压过程中的dq坐标系下电压、电流相量图如图8a所示。励磁绕组18的励磁电流全部为d轴励磁电流Id，q轴励磁电流Iq＝0。功率绕组17的输出交流电流I为励磁电容4电流IC和交流侧负载电流IL的合成，包含d轴励磁电流ID和q轴电流IQ。功率绕组17的d轴励磁电流ID与励磁绕组18的d轴励磁电流Id相互叠加，合成发电机总的励磁电流，在功率绕组17的交流输出电压U中产生q轴分量Uq。功率绕组17的q轴电流IQ为发电机总的有功电流，在功率绕组17的交流输出电压U中产生d轴分量Ud。根据图7所示的实心转子超高速同步磁阻发电机在dq坐标系下的动态等效电路，以及发电机的磁链方程、电压方程和电磁转矩方程，由于d轴合成励磁电流ID+Id为负值，与q轴正的有功电流IQ相互作用产生的合成电磁转矩为负值，因此为发电机运行状态。起动建压过程中，直流负载8* 上的直流电压始终低于要求的UDC，因此励磁绕组18的d轴励磁电流Id在系统变速变载稳压控制器5的作用下持续增大，导致功率绕组17的输出交流电压U、直流负载8上的直流电压UDC、d轴励磁电流ID、q轴励磁电流IQ持续增大，使得发电机总的励磁电流和励磁磁场持续增* 强，进一步提高了输出电压的增大速度，直到输出直流电压UDC＝UDC时，起动建压过程结束，进入变速变载恒压发电阶段。 [0087] 本实施例在变速变载恒压发电阶段的工作原理：在变速变载恒压发电阶段，当在*额定转速nN、额定负载下系统输出直流电压UDC＝给定值U DC时，系统变速变载稳压控制器5中的偏差电压ΔU＝0、SVPWM控制器的给定电压为ud＝u0、uq＝0，通过励磁变换器3在励磁绕组18中产生的额定d轴励磁电流为IdN。此时，当发电机转速升高或者负载减小时，系统输出* 直流电压UDC＞UDC，系统变速变载稳压控制器5中的偏差电压ΔU＜0、SVPWM控制器的给定电压ud＜u0，通过励磁变换器3在励磁绕组18中产生的d轴励磁电流Id＜IdN，直至系统输出直流* 电压UDC＝UDC时系统达到新的稳态；当发电机转速降低或者负载增大时，系统输出直流电压* UDC＜U DC，系统变速变载稳压控制器5中的偏差电压ΔU＞0、SVPWM控制器的给定电压ud＞u0，通过励磁变换器3在励磁绕组18中产生的d轴励磁电流Id＞IdN，直至系统输出直流电压* UDC＝UDC时系统达到新的稳态。因此，通过系统变速变载稳压控制器5对励磁绕组18的d轴励磁电流实时调节作用，可实现系统变速变载恒压发电运行。 [0088] 以本发明的实施例带直流电阻负载为例，变速变载恒压发电过程中的dq坐标系下电压、电流相量图如图8b、图8c所示。励磁绕组18的励磁电流全部为d轴励磁电流Id，q轴励磁电流Iq＝0。功率绕组17的输出交流电流I为励磁电容4电流IC和交流侧负载电流IL的合成，包含d轴励磁电流ID和q轴励磁电流IQ。在低速负载恒压发电运行时，励磁电容4的容抗较大，则励磁电容4电流IC较小，功率绕组17的d轴励磁电流ID为正值(负载较大时)或较小的负值(负载较小时)，因此需通过系统变速变载稳压控制器5为励磁绕组18提供较大的d轴励磁电流Id，从而保证功率绕组17的交流侧输出电压有效值恒定，如图8b所示。在高速负载恒压发电运行时，励磁电容4的容抗较小，则励磁电容4电流IC较大，功率绕组17的d轴励磁电流ID为较大的正值，因此只需通过系统变速变载稳压控制器5为励磁绕组18提供较小的d轴励磁电流Id，即可保证功率绕组17的交流侧输出电压有效值恒定，如图8c所示。变速变载恒压发电阶段d轴合成励磁电流ID+Id始终为负值，q轴有功电流IQ始终为正值，因此始终为发电机运行状态。 [0089] 本实施例的实心转子超高速同步磁阻直流发电系统带直流电阻负载时，在30000r/min(基波电频率为500Hz，电周期为2ms)高转速下起动建压及负载恒压发电运行的功率绕组17交流侧空载反电动势如图9所示，功率绕组17交流侧输出电压、功率绕组17交流侧输出电流、功率绕组17交流侧负载电流仿真计算波形如图10a至图10c所示，直流负载8上的直流电压、直流电流仿真计算波形如图11a至图11b所示。 [0090] 由上可得： [0091] (1)功率绕组17交流侧空载反电动势波形正弦性非常好，并且幅值远低于恒压发电阶段功率绕组17的交流侧输出电压幅值； [0092] (2)由于功率绕组17输出端接“整流器7+直流负载8”，因此功率绕组17交流侧输出电压、交流侧负载电流波形畸变严重； [0094] (4)直流负载8侧的滤波电容为CDC＝50uF，恒压发电阶段输出直流电压、直流电流的纹波较小，若提高CDC可以进一步减小纹波，因此所提出的实心转子超高速同步磁阻直流发电系统发电品质较好； [0095] (5)起动建压阶段，功率绕组17的交流侧输出电压、输出电流、负载电流及直流负载8的直流电压、直流电流，在励磁绕组18和励磁电容4的共同作用下，从零开始自激增大，经过约8ms(四个电周期)达到稳压，即起动建压过程结束，表明本发明所提出的实心转子超高速同步磁阻直流发电系统起动建压能力强、速度快。 |
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