开关磁阻电机有限元分析及其特性仿真

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开关磁阻电机驱动系统(SRD)是20世纪80年代出现的一种新型变速驱动系统。它是随着微电子技术、控制技术、电力电子技术和现代计算机技术的发展而发展起来的。该系统主要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,结构简单坚固,可靠性强,调速范围宽,在整个调速范围内都具有较高效率,且容易制造成密封结构和防水、防尘、防爆等结构形式,适用于环境恶劣的场合,且不需频繁维护。其产品已经广泛应用于电动车驱动系统、家用电器、航空工业等各个领域,已成为当代电气传动的热门课题之一。目前开关磁阻电机驱动系统的工业化生产还没有形成规模,其主要原因在于其自身结构所造成的转矩脉动和噪声,运行时发热严重等,另外由于位置传感器的存在,不仅增加了系统成本和复杂程度,而且降低了SRD系统的可靠性。针对这些问题开关磁阻电机的研究主要集中在两方面:一方面是电机本体的设计与优化,分析开关磁阻电机的结构参数对电机性能产生的影响,建立精确合理的开关磁阻电机非线性模型,形成一套开关磁阻电机设计的方法理论;另一方面是电机的控制,采取合适的控制策略,选用合理的功率变换电路和开关频率设计方法,从而最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动的控制策略。本文主要分析了开关磁阻电机驱动系统的结构组成,总结了开关磁阻电机的运行原理和结构特点,开关磁阻电机驱动系统运行特性,以及电机本体设计过程中一些参数的计算和选取,分析了这些参数的选择对于开关磁阻电机运行性能的影响,研究了开关磁阻电机的线性模型、准线性模型、非线性模型和开关磁阻电机的典型控制方式,从而为电机的分析做好了理论基础。然后本文以电机电磁场分析软件ANSOFT/MAXWELL和Rxmpt作为研究工具,对一台开关磁阻电机样机展开计算,运用二维有限元方法和三维有限元方法建立仿真模型,赋予材料属性,设置边界条件和激励源,对样机磁场进行计算仿真求解,得到样机的磁场分布与特性曲线,为开关磁阻电机的设计分析提供了方法依据。最后,本人实地考察了开关磁阻电机各部件的加工生产,以及最后组装的的实际生产流程,并在电机测试实验站对现有型号开关磁阻电机驱动系统进行实验调试,采集了开关磁阻电机的测试数据波形,结合电机的理论以及软件仿真对开关磁阻电机所测波形进行了分析,以便选择更加合理的设计参数,提高电机的运行性能。
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