计及端部效应的开关磁阻电机电磁性能有限元分析

摘要

开关磁阻电机（简称SR电机）结构简单、系统运行可靠，调速控制方便灵活等诸多特点，同时其铁心的磁通波形也非常复杂，损耗中尤其铁耗计算较为困难。随着SR电机在更多领域的广泛的应用，对SR电机本体电磁、铁耗的准确计算和研究就显得更为重要。因此，本文以开关磁阻电机传统二维电磁场计算中忽略端部效应问题和铁耗计算问题为研究对象，进行了一系列的理论计算研究和分析。
　　 首先本文根据开关磁阻电机性能及其系统的结构特点，搭建了控制系统的整体模型，在电磁场基本理论的基础上，通过引入了端部漏感来建立电机磁场方程和主控制电路耦合模型，进而考虑了SR电机的端部效应，采用二维有限元法对角度位置控制下的SR电机的电磁场进行了数值研究。并以一台三相12/8极开关磁阻电机为例，得到了该SR电机的电磁转矩、相电流波形以及磁链等参量的变化曲线，最后把数值计算的结果和实测数据进行比对分析，得到了一些有效的相关结论。
　　 其次通过对SR电机三维电磁瞬态场进行了有限元的数值计算，得到了SR电机铁心各部分磁密的分布情况。通过对其分析，按各处磁密的不同划分为不同的区域，为后面的铁耗分区域计算提供了理论依据。
　　 最后本文结合前面SR电机内磁场的数值计算和分析，采用常系数三项式模型，基于时步有限元法对SR电机定、转子齿部和轭部的铁耗进行了计算，同时又根据磁密的分布规律划分了不同的区域，对其不同区域的磁密进行了谐波分析，然后分别得到了各个区域的铁心损耗，将这两种方法计算结果进行分析和比对，验证采用时步有限元法计算SR电机铁耗切实可行。得出了一些关于SR电机铁耗分布情况的有益结论，也为SR电机进一步温升计算和结构优化奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 SR电机电磁场的国内外研究现状

1．2．2 SR电机铁耗的国内外研究现状

1．3 课题主要研究内容

第2章 开关磁阻电机基本工作原理和性能参数

2．1 开关磁阻电机驱动系统的组成

2．2 开关磁阻电机基本结构、原理及控制方式

2．2．1 SR电机基本机构及工作原理

2．2．2 SR电机的运行特性及控制方式

2．3 开关磁阻电机数学模型

2．3．1 电压方程

2．3．2 磁链方程

2．3．3 机械运动方程

2．3．4 转矩方程

2．3．5 转子位置角与相电感的关系

2．3．6 数学模型的求解方法

2．4 本章小结

第3章 开关磁阻电机有限元计算与分析

3．1 开关磁阻电机的磁场二维有限元分析

3．1．1 电机内磁场的基本假设、模型及边界条件

3．1．2 驱动系统场路耦合数学模型

3．1．3 电机内磁场的数值计算及数据比对分析

3．2 开关磁阻电机三维有限元分析

3．2．1 SR电机内磁场的基本假设、模型及边界条件

3．2．2 电机内磁场的数值计算分析

3．3 本章小结

第4章 开关磁阻电机铁心损耗的计算

4．1 引言

4．2 基于时步有限元法的铁耗计算模型

4．3 基于谐波分析法SR电机铁心损耗的计算

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢