开关磁阻电机建模与仿真

开关磁阻电机建模与仿真

摘要

开关磁阻电机(Switched Reluctant Motor，SRM)作为一种新型的调速系统，凭借其结构简单、成本低、可靠性高等诸多优点吸引了广大学者的注意力，具有很高的市场应用潜力和研究价值。但是由于SRM自身的双凸极结构和开关式供电电源特性，使得电机输出转矩脉动较大，成为限制其发展的主要原因。本课题开展了SRM建模及其控制的研究工作，为SRM的发展和完善提供了一些基础性研究。

首先，在对开关磁阻电机进行概述的基础上，利用JMAG-Designer仿真软件建立了三相12/8极SRM的有限元模型，分析了SRM的电磁特性。同时，针对绕组间不同的绕线方式，对比分析了传统SRM与双通道SRM的工作特性。相比于传统的SRM，双绕组SRM虽然可靠性高、控制灵活，但是其控制电路成本高绕线更为复杂。随后，基于有限元分析软件和MATLAB/SMULINK，开展了SRM的控制研究，主要包括：电机模型建立和控制策略研究。关于电机模型建立，本文介绍了两种SRM建模方法。一种基于查表法，建立SRM的非线性电感模型；另一种基于JMAG-SIMULINK建立了场路联合仿真模型。相比较而言，第二种方法更为简单直观且准确度高。然后，详细的介绍了几种比较常见的控制方案：电流斩波控制、位置角度控制、直接转矩控制和转矩分配控制。

关键词：开关磁阻电机；数学模型；径向力；有限元分析

目 录

前言 1

1  开关磁阻电机概述 2

1.1  开关磁阻电机的发展概况 2

1.2  开关磁阻电机的结构特点及性能优化 3

  1.2.1  开关磁阻电机的结构特点 3

  1.2.2  开关磁阻电机的性能优化 5

2  开关磁阻电机的电磁特性分析 7

2.1  SRM电磁特性分析的常用方法 7

2.2  SRM有限元模型的建立 7

2.3  SRM磁场分析 10

  2.3.1  单相励磁时的磁场分布 10

  2.3.2  单相励磁时的矩角特性 12

2.4  绕组间不同连接方式对比分析 13

  2.4.1  双通道SRM结构 13

  2.4.2  自感及互感计算分析 15

  2.4.3  转矩脉动分析 17

  2.4.4  可靠性分析 20

3  开关磁阻电机建模及仿真分析 22

3.1  SRM非线性模型的建立 22

  3.1.1  基于查表法建立SRM的非线性电感模型 22

  3.1.2  基于JMAG-SIMULINK 的联合仿真建模法 23

3.2  SRM控制方法 23

  3.2.1  电流斩波控制 24

  3.2.2  角度位置控制 24

  3.2.3  直接转矩控制 25

  3.2.4  转矩分配控制 28

3.3  仿真结果分析 29

  3.3.1  CCC仿真结果 30

  3.3.2  DTC仿真结果 31

  3.3.3  基于TSF的仿真结果 33

结束语 36

参考文献 37

致谢 40