开关磁阻电机静态特性参数计算及有限元分析

摘要

开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor，简称SRM)是二十世纪80年代发展起来的一种新型变速驱动系统，该系统由双凸极式磁阻电机、功率变换器、位置传感器和控制器四部分组成。由于其具有结构简单、运行可靠、系统控制灵活、效率高等优点，目前已成为电机和调速驱动系统研究领域中的一个重点课题。 目前，针对开关磁阻电机的研究主要集中在两方面，一方面是电机的设计与优化，另一方面是电机的控制。本文以一台500W开关磁阻电机样机为例，运用解析法，二维有限元方法和三维有限元方法对样机磁场进行计算仿真，对四种典型磁化曲线族进行深入讨论，尤其对最大和最小电感位置的静态特性进行详细计算，分析开关磁阻电机的静态特性，其中包括磁链特性，电感特性以及转矩特性，并把三种方法计算的数据进行比较，得出这三种方法的可行性。 由于结构参数对电机性能有重要影响，因此分析了转子极弧的改变对电机静态特性的影响，对电机的优化设计提供一定的依据，在今后的研究中，还可以充分考虑其它结构参数对电机性能的影响，通过系统优化的方法，正确选择电机的结构尺寸，使设计更加合理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1开关磁阻电机国内外发展及研究状况

1.2本课题研究的目的和意义

1.3本文主要工作

第二章开关磁阻电机的工作原理与性能参数

2.1开关磁阻电机驱动系统的组成

2.2 SRM的基本结构及工作原理

2.2.1 SRM的基本方程式

2.3开关磁阻电机的设计及主要尺寸的确定

2.3.1 SRM基本结构要求

2.3.2 SRM设计尺寸

2.4开关磁阻电机的静态特性参数

2.4.1电感特性

2.4.2磁链特性

2.4.3矩角特性

2.5静态特性模型

第三章开关磁阻电机电磁参数的解析计算

3.1引言

3.2不对齐位置(即θu位置)下磁化曲线的计算

3.2.1磁导分量的计算

3.3θu位置下最小电感Lu的计算

3.4对齐位置(即θa位置)下磁化曲线的计算

3.5θ1位置下磁化曲线的计算

3.6θ1位置绕组电感的计算

3.7θhr位置下磁化曲线的计算

3.8θu位置下最小电感Lu的计算值与有限元法的比较

第四章开关磁阻电机的有限元分析

4.1有限元法介绍

4.1.1条件变分问题及其离散化

4.2开关磁阻电机的二维有限元分析

4.2.1二维有限元计算的基本方程

4.2.2 SRM二维有限元计算模型

4.2.3 SRM二维有限元计算的基本假设

4.2.4 SRM二维有限元计算边界条件与负载

4.2.5材料特性定义

4.3三维有限元分析

4.3.1三维有限元计算的基本方程

4.3.2三维标量位有限元计算基本方程

4.3.3三维矢量位有限元计算基本方程

4.3.4 SRM三维有限元计算模型

4.3.5 SRM三维有限元计算的基本假设径

4.3.6电流源的定义

4.3.7加边界条件和载荷

4.4 SRM磁场的程序框图

第五章开关磁阻电机的有限元分析的计算

5.1引言

5.2 SRM二维磁场计算

5.2.1 SRM二维有限元计算的网格剖分

5.2.2二维有限元计算结果与分析

5.3 SRM三维磁场计算

5.3.1 SRM三维有限元计算的网格剖分

5.3.2三维有限元计算结果与分析

5.4有限元法计算静态特性

5.4.1计算磁链变化曲线

5.4.2计算电感变化曲线

5.4.3计算转矩变化曲线

5.5不同转子极弧下电机静态特性分析

5.5.1不同转子极弧下磁链的变化特性

5.5.2不同转子极弧下电感的变化特性

5.5.3不同转子极弧下转矩的变化特性

第六章结论

参考文献

发表论文及科研情况说明

致 谢