基于有限元非線性模型的SR電機(jī)系統(tǒng)仿真及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制.pdf

1、開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor簡稱：SR電機(jī)）的步進(jìn)電磁場長期運(yùn)行在飽和與非線性狀態(tài)，且控制參數(shù)多，相電流波形隨轉(zhuǎn)子位置和控制方式變化，無法得到簡單、統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和解析式。由于SR電機(jī)材料本身的非線性特性及電磁場的飽和特性，傳統(tǒng)的磁路法很難對其進(jìn)行精確地分析與計(jì)算；并且SR電機(jī)本身又不能脫離驅(qū)動(dòng)電路單獨(dú)運(yùn)行，因此對其電磁場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算求解的同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮外部驅(qū)動(dòng)電路與控制參數(shù)的影響。SR電機(jī)繞組電流的非

2、正弦性與鐵心磁通密度的高飽和特性決定了它是一個(gè)時(shí)變、非線性系統(tǒng)，若用簡單的線性模型去描述其動(dòng)靜態(tài)特性會(huì)帶有較大的誤差。為了深入、準(zhǔn)確地研究SR電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，必須在其非線性模型的基礎(chǔ)上對電機(jī)本體和功率變換器進(jìn)行系統(tǒng)地、整體地分析與設(shè)計(jì)。此外，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制SR電機(jī)廣泛應(yīng)用的主要問題，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的存在會(huì)引起電機(jī)強(qiáng)烈的振動(dòng)與噪聲。如何有效地減小和抑制SR電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)一直是此類電機(jī)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)之一。
　　針對以上SR電機(jī)存在的

3、問題以及需要改進(jìn)的方面，本文在有限元非線性模型的基礎(chǔ)上對整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)作了整體性分析與仿真實(shí)驗(yàn)；在文章的最后根據(jù)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的根本原因，提出了抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法——改進(jìn)電機(jī)定子磁極結(jié)構(gòu)。文章首先通過有限元軟件ANSYS對SR電機(jī)非線性二維電磁場進(jìn)行計(jì)算和分析，并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立SR電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型，將有限元計(jì)算的電磁數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)仿真模型中，在考慮電機(jī)材料本身的非線性特性及電磁場的飽和特性的同時(shí)考慮電機(jī)外部驅(qū)動(dòng)

4、電路的影響；然后對SR電機(jī)分別在低速和高速運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行電流斬波控制（CCC）和角度位置控制（APC）的動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，從而驗(yàn)證系統(tǒng)模型的有效性；最后，結(jié)合有限元計(jì)算的非線性矩角特性曲線和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸出的轉(zhuǎn)矩波形，得出產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的根本原因，并在此基礎(chǔ)上提出抑制SR電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案：對定子凸極進(jìn)行改進(jìn)以減小定轉(zhuǎn)子磁極間氣隙磁場的突變，進(jìn)而減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：改進(jìn)后SR電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，并且能夠提高有效輸