开关磁阻电机建模与仿真

XCLW15452  开关磁阻电机建模与仿真  (字数：12958)

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