一種提高開關磁阻發電機輸出性能的改進型他勵變換器

丁 文 陳 碩 李 可 宋凱迪

一種提高開關磁阻發電機輸出性能的改進型他勵變換器

丁 文 陳 碩 李 可 宋凱迪

（西安交通大學電氣工程學院 西安 710049）

為了提高開關磁阻發電機（SRG）系統的輸出性能，該文提出一種用于SRG的改進型他勵變換器，以提高其直流發電應用中的輸出電壓和功率等特性。該變換器前端插入一個輔助電路集成到常規的不對稱橋他勵變換器中，通過控制輔助電路中的輔助開關，可以提高勵磁電壓和發電電壓，加速勵磁和去磁過程，從而提高SRG系統的發電性能。該文分析了改進型他勵變換器的工作模式，對比仿真分析了改進型變換器和常規變換器的不同發電性能，研究了發電時主開關與輔助開關的導通角、輔助電容與負載電容大小對發電系統性能的影響。最后制作了改進型變換器功率電路，搭建了基于dSPACE的實驗平臺，對改進型變換器和常規變換器的SRG系統進行了實驗驗證，仿真和實驗結果表明，該變換器能顯著提高SRG系統的發電電壓和功率等性能，實驗結果驗證了理論分析的正確性和所提改進型他勵變換器的有效性。

開關磁阻發電機 改進型他勵變換器 輔助電路 發電性能

0 引言

開關磁阻電機（Switched Reluctance Machine, SRM）具有結構堅固、成本低、可靠性高、調速范圍廣以及容錯性較高等優點，通過調節導通角，SRM既可以做電動機，也可做發電機，因此，近年來在電動/混合動力汽車、航空起動/發電系統和風力發電等領域得到了廣泛的應用[1-7]。

從現有的文獻來看，為了提高SRM的性能，學者提出了很多新型的功率變換器，但是大多數研究都集中在電動機的新型變換器拓撲上。

文獻[8-10]通過在不對稱半橋變換器的前端增加額外的電路來提出一些先進的變換器拓撲，以提高SRM電動機的性能。文獻[8]提出一種新型的無源升壓變換器，其中直流電壓獲得提升，并且通過選擇合適的升壓電容器可以在退磁模式下獲得兩倍的負偏置。文獻[9-10]提出了一種在不對稱半橋轉換器的前端增加一個開關、一個二極管和一個電感的有源升壓電路。該轉換器在電動模式下用作DC-DC升壓轉換器，扭矩產生能力提高了10%。

文獻[11-18]提出了幾種多電平和多端口變換器來提高SRM性能的方法。文獻[11]提出了一種不對稱的三電平中性點二極管鉗位變換器，其中每個橋臂具有4個電源開關。雖然結果表明它減少了電流紋波和噪聲，并提高了效率，但控制起來很復雜，成本也很高。文獻[12]提出了一種用于SRM驅動的新型中點轉換器，以提高交流電源的電能質量并平衡直流鏈路電容器的電壓。中點轉換器需要使用并聯直流鏈路電容器類型的功率因數校正整流器，并且只有偶數相電機才能使用。文獻[13]提出了一個由前端電路饋電的集成多電平轉換器，該轉換器加速了勵磁和退磁過程并保持了轉矩脈動。系統效率提高了2%～4%。然而，前端電路的結構非常復雜，并且成本也會增加。文獻[14-17]提出了兩種用于具有直接瞬時轉矩控制的SRM四電平和五電平變換器，其中，回收的能量存儲在充電電容器中，提升了SRM驅動器的動態和瞬態響應。文獻[18-20]提出了一種新型的集成多端口轉換器拓撲，以補償瞬態功率紋波并減少相移時間，減少了對電容的需求，并通過直流母線獲得了更高的電壓。但是，由于增加了電感和電阻，成本和體積都增加了。文獻[21]提出了一種用于基于混合動力電動汽車的級聯多端口轉換器，其中允許在電動機、電池組和發電機/交流電網之間進行靈活的能量轉換。

為了降低成本，文獻[22-25]提出了一些具有較少功率器件的拓撲。在文獻[22-23]中，為了達到高效率，提出了包括R-dump、C-dump，分離電容器的單相每相轉換器。但是，這些轉換器的控制方法都非常復雜。在文獻[24]中，提出了一種在每相中具有一個開關和兩個二極管的開關變換器，該轉換器比不對稱半橋轉換器具有更好的穩定和瞬態性能。為了減小體積并提高SRM驅動器的容錯能力，文獻[25]提出了一種用于SRM的模塊化功率轉換器，采用了具有六組IGBT的雙模塊，并且其Y相繞組被雙極激勵。然而，由于存在導通死區，導致較高的轉矩波動。文獻[26]提出了一種用于SRM的新型模塊化全橋變換器，實現了兩個六組開關模塊。模塊化全橋變換器對短路和開路故障具有有益的容錯能力，但是開關的數量增加了一倍。

如上所述，對SRM的功率變換器進行了許多研究，但是對于開關磁阻發電機（Switched Reluctance Generator, SRG），具有改善性能的新型變換器的研究卻很少。SRG的功率電路通常采用傳統的不對稱半橋電路，主要有自勵和他勵兩種勵磁方式。文獻[27]提出了一種用于8/6極SRG的抑制電阻變換器，該變換器只有不對稱半橋電路一半數量的功率開關和二極管。結果表明，SRG在較寬的速度范圍內具有較高的效率。文獻[28]針對微電網應用的風電SRG提出了一種隔離的交錯式電流饋送推挽式DC-DC變換器，可顯著提高輸出電壓，還具有良好的容錯能力。文獻[29]提出了一種具有反激式拓撲的蓄電池電容變換器，以改善SRG的勵磁過程，高速區具有較好的性能。但是，文獻[28-29]中SRG變換器的結構和控制都很復雜，增加了成本。

為了提高SRG系統的輸出性能，本文提出了一種用于SRG的改進型他勵變換器，以提高其直流發電應用中的輸出電壓和功率等特性。通過控制輔助電路中的輔助開關，可以提高勵磁電壓和發電電壓，加速勵磁和去磁過程。本文分析了改進型他勵變換器的工作模式，對比仿真了改進型變換器和常規變換器的不同發電性能，研究了發電時主開關與輔助開關的導通角、輔助電容與負載電容大小對發電系統性能的影響。對改進型變換器和常規變換器的SRG系統進行了實驗驗證，實驗結果驗證了理論分析的正確性和所提改進型他勵變換器的有效性。

1 SRG改進型他勵變換器及工作模式

圖1為提出的改進型SRG他勵變換器拓撲結構，它是在常規的不對稱他勵變換器基礎上，在前端添加了一個輔助電路。輔助電路由三個輔助元件組成：輔助開關Sb、輔助電容b和二極管VDb1。通過控制輔助電路開關Sb的開通和關斷可以控制變換器向相繞組中提供額外的電壓，發電時提高輸出電壓和輸出功率，且該輔助電路結構簡單，可以做成單獨的模塊化結構電路板，便于從不對稱半橋變換器上安裝和拆卸。本文根據SRG的發電運行方式，分析了改進型他勵勵磁變換器的工作原理，得到了普通勵磁模式、高壓勵磁模式、兩相重疊模式和發電（負高壓退磁）模式四種工作模式，如圖2所示，下面進行具體分析。

圖1 改進型他勵變換器拓撲結構

1）普通勵磁模式

在這種模式下，當輔助開關Sb斷開而主開關S1和S2導通時，僅勵磁電壓e施加到相繞組。該模式是常規勵磁模式，與常規不對稱半橋變換器的勵磁模式相同。這種模式下的電流路徑如圖2a所示，該模式下A相的電流和電壓可表示為

式中，A為A相繞組電壓；為相繞組電阻；e為勵磁電壓；A為A相繞組電流；為A相磁鏈；e為流過勵磁源電流。

2）高壓勵磁模式

在這種模式下，主開關S1、S2和輔助開關Sb同時導通，勵磁電源e和輔助電容器電壓bc串聯，然后和負載母線電容電壓d并聯，中間通過二極管VDb1隔離，二極管VDb1主要起反向隔離的作用，防止電源直接和負載相連。此時，由于輔助電容電壓bc的存在，負載電容電壓d被抬高，共同向A相繞組供電，該相被更高的正電壓（d≈ebc）激勵。這是一種高壓激勵模式，相電流將以很快的速度上升。圖2b為此模式下的電流路徑，電流方向定義為正方向。在此模式下，A相的電壓和電流可表示為

式中，bc為輔助電容的電壓；d為負載電容電壓；id為流過負載母線電容電流；e為流過勵磁源電流。

3）兩相重疊模式

對于改進型他勵變換器電路來說，SRG會出現兩相重疊模式，即在關斷當前相之前，下一相已經開通，因此，兩相電流有重疊。在這種模式下，A相關斷之前，B相已開通，即S3S4和Sb都已閉合。輔助電容上的電壓bc和勵磁電源e也處于串聯狀態，仍然和負載母線電容電壓d并聯，因此較高的正電壓會同時施加到A相和B相。此時，它們的電壓都等于d≈ebc，A相和B相均處于快速高壓勵磁模式。在此模式下，A相和B相的電流和電壓可表示為

4）發電（負高壓退磁）模式

當同時斷開開關S1、S2和輔助開關Sb時，輔助電容b和勵磁電壓e串聯，此時該電路電壓為負，-d≈-e-bc，A相電機繞組A中存儲的能量一部分被反饋到輔助電容b和勵磁電壓e以實現快速退磁，另一部分能量流向負載母線電容d和負載，提升輸出發電電壓，該電壓等于d≈e+bc。該模式下的電流路徑如圖2d所示。此時A相的電壓和電流表示為

式中，L為發電時流過負載的直流電流。

圖3 改進型他勵變換器典型相電壓和電流曲線

2 與傳統他勵變換器的性能仿真對比分析

為了驗證本文提出的改進型他勵變換器的可行性和有效性，本節以一臺三相SRG為研究對象，基于改進型變換器和常規他勵變換器對SRG的發電性能進行對比分析，SRG樣機主要參數見表1。

圖4為基于改進型他勵變換器和傳統變換器的發電建壓過程中的相電壓、相電流和輸出電壓波形。在本仿真中，SRG兩種變換器發電系統是在相同條件下運行，激勵電壓為20V，負載電阻為60W，三相主開關（S1和S2、S3和S4、S5和S6）的開通和關斷角分別為11°和33°，輔助開關的開通和關斷角為11°和14°，電機轉速為1 000r/min。可以看出，兩種系統都能迅速建壓，所提出的改進型變換器的輸出電壓上升到98V的穩定狀態，而在常規轉換器中僅上升到52V，提出的轉換器的相電壓和電流也比常規轉換器的相電壓和電流高得多。圖5為兩種變換器達到穩態后的發電波形，可以看出，改進型變換器的相電壓在激勵階段具有兩個電壓跳變，一個位于高壓勵磁區域（模式2），其中主開關和輔助開關同時導通，另一個位于模式3的兩相重疊區域中，主開關和輔助開關同時導通。在負高壓退磁階段（模式4）中，所提出的改進型變換器的相電壓比常規轉換器的相電壓高得多。

表1 SRG樣機主要參數

Tab.1 Main parameters of SRG prototype

圖4 兩種變換器的發電建壓過程

圖5 兩種變換器的發電穩態仿真波形

圖6給出了改進型變換器在1 200r/min、1 510r/min速度下的穩態發電波形。在此仿真中，其他條件和圖5相同，可以看出，產生的發電電壓隨著電機轉速的增加而降低，發電電壓分別為81V和63V。

3 輔助開關導通角及輔助電容對發電性能影響分析

導通角是SRG發電系統中的重要控制參數，對于所提出的變換器，由于附加電路，其控制策略與常規變換器不同，不僅需要控制主開關的開通和關斷角度，還需要控制輔助開關Sb的開通和關斷角度。為了研究輔助開關導通角對發電機性能的影響，本文選擇了兩個可變的控制參數作為研究對象考察對發電性能的影響：一個是主開關的關斷角，稱為off；另一個是輔助開關Sb的關斷角，稱為off_Sb。另外，輔助電容b和負載穩壓電容d的大小對電機發電性能也會有影響。

圖7給出了不同的關斷角度off和off_Sb對發電電壓和功率的影響曲線。在本文中，主開關的開通角設置為11°，關斷角從31°～35°；輔助開關Sb的開通角也固定為11°，關斷角為12°～14°；轉速為1 000r/min，輔助電容器的激勵電壓為20V，負載電阻為60W。可以看出，當主開關關斷角off一定時，隨著輔助開關關斷角off_Sb的增大，輸出電壓和輸出功率逐漸增大。當輔助開關關斷角off一定時，隨著主開關關斷角off的增大，輸出電壓和輸出功率也逐漸增大。但是，當off_Sb14°時，輸出電壓和功率均在off=33°處達到最大值，接近額定電壓100V。這意味著在此條件下，達到了相對最高的輸出電壓和功率，因此，在實際系統中確定off=33°和off_Sb=14°是一個相對最優的關斷角選擇。

從圖1所示的改進型變換器拓撲結構來看，有兩個電容：一個是負載穩壓電容d；另一個是輔助電路中的輔助電容b。其中，負載電容d主要用于保持輸出電壓穩定和降低紋波，通常是一個比較大的電解電容器。圖8a給出了改進型變換器不同輔助電容值b時的發電電壓建壓過程。仿真中，電機轉速為1 000r/min，勵磁電壓和負載電阻同上。可以看出，不同的輔助電容b對輸出電壓的上升時間沒有顯著影響，穩態電壓紋波也基本相同，輔助電容對其產生過程和輸出電壓的穩態值影響不大。因此，可以在實際系統中選擇一個小的輔助電容，以減小變換器的體積和成本。相應地，圖8b顯示了在不同負載電容值d的情況下，變換器輸出電壓的建立過程。可以看出，隨著d電容的增大，輸出電壓的上升時間越來越長，但穩態電壓的紋波變小，當d的電容值大于680mF時，電壓紋波最小。經過以上分析，選擇母線負載電容器d和輔助電容器b分別為680mF和68mF。

圖8 不同電容對改進型變換器發電性能的影響

4 實驗驗證

為了驗證本文所提出的改進型他勵變換器的有效性，搭建了如圖9所示的SRG系統實驗平臺，主要包括原動機直流電機、改進型他勵變換器、dSPACE 1104、直流勵磁電源、轉矩轉速傳感器、SRG樣機和負載電阻等，其中負載電容和輔助電容均為標準電解電容器，其電容值為680mF和68mF。實驗電機和仿真所用電機為同一臺電機，主要參數見表1。在此基礎上，對兩種變換器的性能進行了對比實驗。

首先，測試并比較了基于兩種變換器的SRG發電建壓過程和穩態波形。圖10為采用常規變換器和改進型變換器的發電建壓過程中的相電壓、電流和發電電壓的實驗波形。圖11為兩種系統達到穩態后的實驗波形。在以上對比實驗中，實驗條件和第2節的仿真條件一致，激勵電壓均為20V，負載電阻為60W，主開關的開通和關斷角分別為11°和33°，輔助開關的開通和關斷角分別為11°和14°，發電機轉速由直流電動機控制，保持為1 000r/min。可以看出，在兩種變換器驅動下SRG的穩態發電電壓分別為53.5V和100V，無論是建壓過程還是穩態發電波形（相電壓、相電流以及輸出電壓），實驗結果與仿真結果都吻合較好，驗證了理論分析和仿真的正確性。

圖9 SRG系統實驗平臺

圖10 基于兩種變換器的發電建壓過程（n=1 000r/min）

圖11 兩種變換器的發電穩態波形（n=1 000r/min）

圖12和圖13分別是轉速為1 200r/min和1 510r/min時，基于兩種變換器的SRG系統的穩態發電波形。可以看出，在1 200r/min轉速下，兩種變換器發電穩態電壓分別為50.2V和81.5V；在1 510r/min轉速下，兩種變換器發電穩態電壓分別為46.5V和64.3V。基于改進型變換器的輸出電壓得到了大大提高，通過與圖6的仿真相比，實驗結果與仿真結果（相電壓、相電流以及輸出電壓）吻合較好，再次驗證了理論分析和仿真的正確性。

圖13 兩種變換器的發電穩態波形（n=1 510r/min）

為了驗證所提出的改進型變換器在一定速度范圍內對SRG發電性能的提升，對兩種變換器的發電電壓、功率特性進行了測試，電機轉速范圍為1 000～1 510r/min，實測與仿真對比結果如圖14所示。在該比較中，兩種變換器的實驗條件保持不變。從結果可以發現，在一定速度范圍內，所提出的改進型變換器的輸出電壓和功率比常規變換器的輸出電壓和功率高得多，兩種變換器的仿真結果也接近于實測數據，從而驗證了理論分析和仿真分析的正確性。

圖14 兩種變換器發電電壓和功率的實測與仿真對比

此外，對兩種變換器的SRG系統效率進行了測量，系統效率為

式中，Pm、Pe和Pout為機械輸入功率、勵磁功率和輸出功率；ud為發電電壓；R為負載電阻；T為原動機的平均轉矩；n為轉速；ve和Ie分別為勵磁電壓和電流。實測系統效率曲線如圖15所示，可以看出，所提出的變換器的系統效率比常規變換器略低，兩者在較寬速度范圍內接近80%。改進型變換器效率偏低的原因包括以下兩方面：①開關損耗增加。改進型變換器比普通的變換器多了一個開關和二極管，必然增加一部分開關損耗和二極管的導通與截止損耗。②電機的非線性與局部飽和。開關磁阻電機磁路具有強烈的非線性和局部飽和特征，采用改進型變換器后，電機的電流增大，引起電機局部的飽和，電機的電流變化是非線性的，造成電機的輸出功率等也是非線性變化的。

5 結論

為了提高SRG的發電性能，本文提出一種用于SRG的改進型他勵變換器，通過增加一個輔助電路，控制輔助電路中的開關器件，可以提高勵磁電壓和退磁電壓，加速勵磁和去磁過程，提高發電電壓。通過和常規變換器的發電性能對比，表明所提出的改進型變換器具有發電電壓更高、功率更大等優點，還研究了發電時主開關與輔助開關的導通角、輔助電容與負載電容大小對發電系統性能的影響。搭建了基于dSPACE的SRG系統實驗平臺，對改進型變換器和常規變換器系統進行了實驗驗證，實驗結果驗證了理論分析的正確性和所提改進型他勵變換器的有效性。

[1] 匡斯建, 張小平, 劉蘋, 等. 基于相電感非飽和區定位的開關磁阻電機無位置傳感器控制方法[J]. 電工技術學報, 2020, 35(20): 4296-4305.

Kuang Sijian, Zhang Xiaoping, Liu Ping, et al. Sensorless control method of switched reluctance motors based on location of phase inductance characteristic points[J]. Transactions of China Elec- trotechnical Society, 2020, 35(20): 4296-4305.

[2] 卿龍, 王惠民, 葛興來. 一種高效率開關磁阻電機轉矩脈動抑制方法[J]. 電工技術學報, 2020, 35(9): 1912-1920.

Qing Long, Wang Huimin, Ge Xinglai. A high efficiency torque ripple suppression method for switched reluctance motor[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(9): 1912-1920.

[3] 許愛德, 任萍, 陳加貴, 等. 基于電感特殊位置點的開關磁阻電機轉子位置檢測及誤差補償[J]. 電工技術學報, 2020, 35(8): 1613-1623.

Xu Aide, Ren Ping, Chen Jiagui, et al. Rotor position detection and error compensation of switched relu- ctance motor based on special inductance position[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(8): 1613-1623.

[4] 匡斯建, 張小平, 張鑄, 等. 基于相電感交點位置角度補償的開關磁阻電機無位置傳感器控制方法[J]. 電工技術學報, 2019, 34(23): 4909-4917.

Kuang Sijian, Zhang Xiaoping, Zhang Zhu, et al. Sensorless control of switched reluctance motor based on intersection angle compensation of phase inductor[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(23): 4909-4917.

[5] 田德翔, 曲兵妮, 宋建成, 等. 基于電流斬波控制的開關磁阻電機脈沖寬度調制占空比解析計算法[J]. 電工技術學報, 2019, 34(21): 4449-4457.

Tian Dexiang, Qu Bingni, Song Jiancheng, et al. An analytical method of PWM duty cycle for switched reluctance motors based on current chopping con- trol[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(21): 4449-4457.

[6] Wu Jiangling, Sun Xiaodong, Zhu Jianguo. Accurate torque modeling with PSO-based recursive robust LSSVR for a segmented-rotor switched reluctance motor[J]. CES Transactions on Electrical Machines and Systems, 2020, 4(2): 96- 104.

[7] Huang Xuanrui, Lin Zechuan, Xiao Xi. Four-quadrant force control with minimal ripple for linear switched reluctance machines[J]. CES Transactions on Electrical Machines and Systems, 2020, 4(1): 27-34.

[8] Liang Jianing, Lee Dong-Hee, Xu Guoqing, et al. Analysis of passive Boost power converter for three- phase SR drive[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, 57(9): 2961-2971.

[9] Chang Hung-Chun, Liaw Chang-Ming. On the front- end converter and its control for a battery powered switched-reluctance motor drive[J]. IEEE Transa- ctions on Power Electronics, 2008, 23(4): 2143-2156.

[10] Jain A K, Mohan N. SRM power converter for operation with high demagnetization voltage[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2005, 41(5): 1224-1231.

[11] Peng Fei, Ye Jin, Emadi A. An symmetric three-level neutral point diode clamped converter for switched reluctance motor drives[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(11): 8618-8631.

[12] Rajesh M, Singh B. Three-level NPC rectifier-based midpoint converter-fed SRM drive[J]. International Journal of Power Electronics, 2014, 6(1): 1-17.

[13] Gan Chun, Wu Jianhua, Hu Yihua, et al. New inte- grated multilevel converter for switched reluctance motor drives in plug-in hybrid electric vehicles with flexible energy conversion[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(5): 3754-3766.

[14] Lee Dong-Hee, Ahn Jin-Woo. A novel four-level con- verter and instantaneous switching angle detector for high speed SRM drive[J]. IEEE Transactions of Power Electronics, 2007, 22(5): 2034-2041.

[15] Liang Jianing, Lee Dong-Hee, Ahn Jin-Woo. Direct instantaneous torque control of switched reluctance machines using 4-level converters[J]. IET Electric Power Applications, 2009, 3(4): 313-323.

[16] 李珍國, 魏艷君, 闞志忠, 等. 基于四電平功率變換電路的開關磁阻電機瞬時轉矩控制[J]. 電工技術學報, 2007, 22(8): 144-150。

Li Zhenguo, Wei Yanjun, Kan Zhizhong, et al. Direct instantaneous torque control of using four-level power converter[J]. Transactions of China Electrical Society, 2007, 22(8): 144-150.

[17] 程勇, 林輝. 五電平拓撲下開關磁阻電機直接瞬時轉矩控制[J]. 電機與控制學報, 2011, 15(4): 18-22.

Chen Yong, Lin Hui. Direct instantaneous torque control of switched reluctance motor with five lever converter[J]. Electric Machines and Control, 2011, 15(4): 18-22.

[18] Cai Wen, Yi Fan. An integrated multiport mower converter with small capacitance requirement for switched reluctance motor drive[C]//IECON 2014- 40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Dallas, USA, 2014: 3183- 3189.

[19] 常中意. 用于開關磁阻電機驅動系統的多電平功率變換器拓撲及控制研究[D]. 合肥: 合肥工業大學, 2017.

[20] Cai Wen, Yi Fan. A quasi-z-source integrated multi- port power converter as switched reluctance motor drives for capacitance reduction and wide-speed- range operation[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, 31(11): 7661-7676.

[21] Sun Qingguo, Wu Jianhua, Gan Chun, et al. Cascaded multiport converter for SRM-based hybrid electrical vehicle applications[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, 34(12): 11940-11951.

[22] Krzystof T, Krzystof W. Improved C-dump converter for switched reluctance motor drives[J]. IET Power Electronics, 2014, 7(10): 2628- 2635.

[23] Ha K, Lee C, Kim J, et al. Design and development of low-cost and high efficiency variable speed drive system with switched reluctance motor[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2007, 43(3): 703-713.

[24] Hu Yanfang, Wang Tao, Ding Wen. Performance evaluation on a novel power converter with minimum number of switches for a six-phase switched relu- ctance motor[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2019, 66(3): 1693-1702.

[25] Song Shoujun, Xia Zekun, Zhang Zhihui, et al. Control performance analysis and improvement of a modular power converter for three-phase SRM with Y-connected windings and neutral line[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 63(10): 6020-6030.

[26] Sun Qingguo, Wu Jianhua, Gan Chun. Modular full-bridge converter for three-phase switched relu- ctance motors with integrated fault-tolerance capa- bility[J]. IEEE Transactions of Power Electronics, 2019, 34(3): 2622-2634.

[27] Takahashi A, Goto H, Nakamura K, et al. Charac- teristics of 8/6 switched reluctance generator excited by suppression resistor converter[J]. IEEE Transa- ctions on Magnetics, 2006, 42(4): 3458-3460.

[28] Hu Kai-wei, Wang Jung-chi, Lin Tsai-sheng, et al. A switched-reluctance generator with interleaved inter- face DC-DC converter[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2015, 30(1): 273-284.

[29] Faradjizadeh F, Tavakoli R, Afjei E S. Accumulator capacitor converter for a switched reluctance gen- erator[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, 33(1): 501-512.

An Improved Separately Excited Converter for Improving the Performance of Switched Reluctance Generator System

（School of Electrical Engineering Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China）

In order to improve the output performance of switched reluctance generator (SRG) system, an improved separately-excited converter for SRG is proposed in this paper to improve the output voltage and power in DC power generation application. An auxiliary circuit is inserted into the front end of the converter and integrated into the conventional asymmetrical bridge separately excited converter. By controlling the auxiliary switch in the auxiliary circuit, the excitation voltage and generation voltage can be increased, and the excitation and demagnetization process can be accelerated, thereby improving the power generation performance of SRG system. This paper analyzes the working mode of the improved separately excited converter, compares and simulates the different power generation performance of the improved converter and the conventional converter, and studies the influence of the conduction angle of the main switch and the auxiliary switch, the size of the auxiliary capacitance and the load capacitance on the performance of the power generation system. Finally, the power circuit of the improved converter is fabricated, and the experimental platform based on dSPACE is built. The simulation and experimental results show that the improved converter can significantly improve the generation voltage and power of the SRG system. The experimental results verify the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed improved separately excited converter.

Switched reluctance generator, improved separately excited converter, auxiliary circuit, power generation performance

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210047

TM315

國家自然科學基金資助項目（51777161）。

2021-01-12

2021-03-09

丁 文 男，1981年生，副教授，博士生導師，研究方向為電機系統及其控制、無線電能傳輸。E-mail: wending@xjtu.edu.cn（通信作者）

陳 碩 男，1995年生，博士研究生，研究方向為無線電能傳輸、電機系統控制。E-mail: ts17130047a3@cumt.edu.cn

（編輯 崔文靜）