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12_8极双通道开关磁阻电机非线性数学模型与有限元分析

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基于MATLAB的开关磁阻电机非线性建模仿真

基于MATLAB的开关磁阻电机非线性建模仿真

基于MATLAB的开关磁阻电机非线性建模仿真
孙晓明;赵德安;李瑶;单正娅
【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》
【年(卷),期】2006(18)1
【摘要】由于开关磁阻电机SRM结构及运行原理的特殊性,使得分析和设计较其它电机更为困难.基于在分析开关磁阻电机数学模型的基础上,借助于
MATLAB/SIMULINK搭建了电流斩波控制方式下开关磁阻电机的非线性仿真通用模型.根据此模型,对一台六相12/10结构样机进行了仿真,仿真结果证明了该模型的有效性.该模型为分析和设计开关磁阻电机控制系统提供了一种有效的工具.
【总页数】4页(P67-70)
【作者】孙晓明;赵德安;李瑶;单正娅
【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,镇江,212013;江苏大学电气信息工程学院,镇江,212013;江苏大学电气信息工程学院,镇江,212013;江苏大学电气信息工程学院,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】TM352
【相关文献】
1.基于Matlab的开关磁阻电机电动/发电系统的非线性建模与仿真 [J], 张磊;张奕黄
2.基于Matlab的开关磁阻电机电动/发电系统的非线性建模与仿真 [J], 张磊;张奕
黄
3.基于MATLAB的开关磁阻电动机线性及非线性建模仿真 [J], 丁文;周会军;鱼振民
4.基于Matlab的开关磁阻电机伺服系统建模仿真 [J], 嵇丽丽;陈昊;朱艺锋
5.基于Matlab的开关磁阻电动机驱动系统非线性建模仿真 [J], 嵇丽丽;陈昊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

开关磁阻电机非线性径向力的有限元计算

开关磁阻电机非线性径向力的有限元计算
基 础。
关键 词 ：开 关 磁 阻 电 机 ；非 线性 径 向力 ；有 限元 ；振 动
中图分类号 ：Ｔ ３ ２ Ｍ３ ３ Ｍ ５ ；Ｔ ６＋
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ・８ ８ ２ １ ）９０ １ －３ ０ １６ ４ （０ ０ ０ —０ ３０
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｔ Ｃｏ ｐ ａ ｉ ｎ ｏ ｎｌ ａ ｄ ａ ｒ ｅ Ｍ ｏ ｌｆ ｒ ｎ ｔ ｅ ｎ ｍ ｕｔ ｔｏ ｆＮｏ ｉ ｒ Ｒａ ｉ ｌＦｏ ｃ ｄｅ ｏ ｎｅ
析和计算开关磁 阻电机的非线性径 向力模型是研究振 动与噪声 的关键 问题 。该文 基于有 限元原 理 ，通过 虚位移法 对 开关磁阻 电机 的径 向力 非线性 模 型进 行分 析和 计算 。最后 ，应用 Ａ Ｓ Ｓ软 件计 算样 机径 向力 的有 限 元模 型 ， ＮＹ 得 到了径 向力与转子 位 置角 和定 子相 电 流 的非 线性 关 系 曲线 ，为 开关 磁 阻 电机 非 线性 振 动及 控 制研 究 奠 定 了
Ｏ 引 言
近年 来 ，开关磁 阻 电机 （ 简称 ：Ｓ 电机 ） Ｒ 由于 自
Ｓ Ｒ电机 的非 线性 径 向力 模 型是 研究 振 动 与噪声 的关 键问题 。 目前 ，对 Ｓ Ｒ电机径 向力 的研 究 主要 是通 过 简化的线性模型 由于线 性模 型忽 略 了径 向力 与 ４。 Ｊ 相 电流之 问的非线性 函数关 系 ，仅考 虑 了径 向力 与转 子位置角 的关 系。 因此 ，在 实 际 Ｓ Ｒ电机 运行 时 ，很 难 对电机 的振动 和噪声进 行分析和控制 。
开关磁阻电机非线性径 向力 的阻 电机 非线 性 径 向力 的有 限元计 算
王利 利 ，张京 军 ， 张海 军
（ 河北工程大学 ，邯郸 摘 ０ ６３ ） ５ ０ ８

开关磁阻电机的三维有限元分析

开关磁阻电机的三维有限元分析

限元 分析 。基 于整 体建模 的方 法 ， 利 用 三维 有限元 数值 进行 分析 计 算 ， 准 确 描 述 开关 磁 阻 电机 的端部 磁 场 效应 。在 三 维 有 限元 分析 加载 电 流时 ， 提 出了“ 跑道 线 圈” 这一 概念 。该概 念在 考虑 了端 部效 应 的 同时 ， 也解 决 了立 体 模 型施 加载 荷 时 出现 的方 向 选择 困难 的 问题 。采 用通 用磁 标势 法对 非线性 方程 组进 行求 解 ， 得 出了最大 电感 和最 小 电感位 置处 的磁感 应强 度 和磁场 强度分 布 。 关键 词 ：开关 磁 阻电机
丝春 穹
互艳 ｊ ｉ ｆ 关春 信 李欣 欣
１ ６ ３ ７ １ ２ ）
（ 大 庆师 范 学院物理 与 电气信 息工 程学 院 ， 黑龙 江 大庆
摘

要 ：为 了解决 二维 有限元 分析 开关 磁阻 电 机磁场 不准 确 的问题 ， 采 用 了三 维建 模 方 法 ， 对 开关 磁 阻 电机 的 整个 场 域进 行 三 维 有
开关磁 阻电机 的三维有 限元分析
熊春字 ， 等
开关 磁阻 电机 的三维有 限元分析
Ｔｈ ｒ ｅ ｅ — ｄｉ ｍ ｅｎ ｓ ｉ ｏｎ ａ ｌ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍ ｅｎ ｔ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ Ｒｅ ｌ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ Ｍｏ ｔ ｏｒ
ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ．Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ。ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｉｃ ｆ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ａ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｕ ｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｌ ａ ｒ ｐｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ。 ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉｂ ｒ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎｓ ｉ ｔ ｙ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｎｄ ａ ｍｉ ｎ ｉ ｍｕｍ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｏｕ ｆ ｎ ｄ．

开关磁阻电机径向电磁力解析建模及有限元分析_张京军

开关磁阻电机径向电磁力解析建模及有限元分析_张京军
% ［3－5］， 这在很大程度上限制了 SR 电机的进一步 推广应用， 成为了开关磁阻电机亟待解决的一大问 为了提高其运行性能和扩大其应用领域， 题。因此， 首先要推导 SR 电机径向力的解析模型。 而建立准 确的 SR 电机径向力的解析模型也为预测和控制电 机振动及噪声提供了理论基础。 SR 电机的径向力存在着高度的非线 在实际中， 它是转子位置角和相电流的非线性函数， 电磁转 性， 矩和径向力之间也存在耦合关系 ， 再加上实际运行中
开关磁阻电机径向电磁力解析建模及有限元分析
张京军， 龙 荣， 张海军， 赵子月， 马希青
（ 河北工程大学 机电工程学院， 河北 邯郸 056038 ）
要：在考虑磁饱和与开关磁阻电机实际定转子极弧不等宽的前提下 ， 结合麦克斯韦张量法和磁 路法， 推导建立一套能直接应用于开关磁阻电机定 、 转子极弧相等与不相等两种情况下的径向力的 摘 通用解析模型。该模型符合实际开关磁阻电机结构及运行特点 ， 为开关磁阻电机结构优化设计、 电 磁振动和噪声的预测和控制提供了理论参考 。以 1 台样机为例， 将解析模型的计算结果与三维有 验证了所建解析模型的有效性。 限元分析结果进行了对比， 关键词：开关磁阻电机； 径向力； 解析模型 中图分类号：TD614 文献标志码：A
， 可以实现高启动转矩和低启
［2 ］
动电流， 适用于频繁启停和正反转运行的场合
， 自
20 世纪 70 年代发展至今， 其产品已在一般工业、 日 用家电、 航空工业和伺服系统等各个领域得到广泛应 用。但由于 SR 电机定子圆周径向力、 转矩脉动较 大， 使得电机运行时的振动和噪声较为突出 。 据统 计， 开关磁阻电机的电磁噪声约占电机总体噪声的
荣 （ 1985 —） ， 男， 湖

基于Ansoft的开关磁阻电机有限元分析与研究

基于Ansoft的开关磁阻电机有限元分析与研究

河北工业大学硕士学位论文基于Ansoft的开关磁阻电机有限元分析与研究姓名：高洁申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孙鹤旭20081101河北工业大学硕士学位论文基于Ansoft 的开关磁阻电机有限元分析与研究摘要开关磁阻电机是近年来随着电力电子技术和控制技术的发展而诞生的一种特种电机，并以其结构简单、坚固、成本低廉、起动转矩大、效率高等优点，在许多领域得到了广泛的应用。

利用电机电磁场理论和有限元法进行开关磁阻电机磁场分析与计算，在其研究中占据至关重要的地位，它是整个电机设计和运行性能分析的基础。

由于开关磁阻电机结构与传统的交直流电机具有很大的差别，加之其显著边缘效应及高度的过饱和特性，以路的观点进行电机性能的理论分析便显出很大的局限性；相反地，以场的观点，全面、系统地分析电机性能，以便进行电机设计、性能分析及仿真计算，便显示出极大的优越性。

本论文以开关磁阻电机电磁场的有限元分析为主题开展研究工作，在系统总结电机电磁场以及工程电磁场数值计算理论的基础上，基于工程电磁场有限元分析软件Ansoft ，采用全场域的分析方法，对开关磁阻电机的磁场分布、静态特性等进行了大量的仿真分析与研究。

一方面得出了开关磁阻电机在几个典型转子位置下的磁场分布图，并据此总结了电机内磁场的分布规律；另一方面绘制出了开关磁阻电机的非线性磁化曲线族，即ψ-θ-i 关系曲线、电感曲线和静态转矩曲线等静态特性曲线。

此外，本论文还分析了开关磁阻电机的稳态温升，建立了其等效磁网络模型，并对开关磁阻电机的稳态特性进行了仿真研究，计算出了电机在稳态运行情况下的相电流、磁链以及动态转矩等曲线。

同时，针对开关磁阻电机运行过程中存在转矩脉动的缺点，本论文还讨论了其减振降躁的一些具体措施。

由仿真结果可知，本论文所建立的开关磁阻电机二维有限元分析模型计算出的性能参数是比较准确可靠的，同时也说明本论文所提出的等效磁网络模型对SRM 稳态特性的研究具有较高的精度，从而为对开关磁阻电机的工作原理和内部电磁关系作系统而详细的分析，研究其工作特点和内在规律，对开关磁阻电机性能校核与稳态特性研究以及进行有效的电机电磁设计工作提供了可靠的依据。

基于MATLAB 的开关磁阻发电机非线性建模与仿真

基于MATLAB 的开关磁阻发电机非线性建模与仿真

基于MATLAB的开关磁阻发电机非线性建模与仿真胡鹏，杨玉岗，高奇(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院, 葫芦岛125105;)摘要:基于开关磁阻电机的非线性数学模型，利用Matlab/Simulink中的相关模块建立开关磁阻电机发电系统的非线性仿真模型。

利用该模型对一台三相12/8结构样机进行了仿真，仿真结果证明了该模型的有效性。

首先采用传统的PID控制建模，后设计了带有修正因子的模糊PID控制器,提高了系统的稳定性，改善了动态性能。

仿真试验表明开关磁阻发电系统能够稳定地发出电压为220V的直流电。

关键词: 开关磁阻发电机；模糊控制；仿真；非线性电感；Study on Nonlinear modeling and Simulation of The Switched Reluctance Generator Using Matlab softwareHu Peng, Yang Yu Gang，Gao Qi(Liaoning Technology University; College of Electrical and Control; Hulu dao 125105; China)Abstract:Based on the mathematical model of switched reluctance motor,a nonlinear modeling of switched reluctance generator is built up using relative blocks of Matlab/Simulink. A 3-phase 12/8 structure prototype SRM is simulated using the proposed mode1. the effectiveness of the model is demonstrated by the simulation result.Firstly,the traditional PID is used for this model,then designing the fuzzy controller with the correction factor adds to the PID model, This improves the system stability and dynamic performance. The simulation showed that SRG power generating system can stabilized issue the voltage of 220 VDC.Key words: switched reluctance motor；fuzzy control；simulation；nonlinear inductance；1 引言21世纪将进入风能发展的高速阶段,风力发电作为不受地域限制、可持续开发、不污染环境的理想能量来源从1978至今的二十五年中，得到了大力开发，并不断向多元化，设备大型化、实用化、高效化，成本的低廉化方向发展。

双通道开关磁阻发电机建模及故障仿真研究


Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ４ ５ ５ １ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ １ ８
双 通 道 开 关 磁 阻发 电机 建 模 及 故 障 仿 真 研 究
杨涵轶 ， 朱 学 忠
（ 南 京航 空航 天大 学 自动化 学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ０ ）
第３ １卷 第 １ 期
２ ０ １ ４年 １月
机
电
工
１
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ＆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ４
摘要 ： 针对 双通道开关磁 阻电机两个通道之 间存在强烈 电磁耦合从 而导致 系统缺相运行 时相 电流严重 畸变 的问题 ， 设 计 了一 种单 通道容错控制方法。首先利用基于场路耦合有限元法的仿 真软件 Ｊ ＭＡ Ｇ构建 了一个 １ ２ ／ ８双通 道开关 磁阻发 电机 的仿 真模 型 ； 然 后在理论分析总结得 出系统的大部分故障将导致系统缺相运行 的基础上 ， 基 于仿 真模 型仿 真分析了系统正常 运行状态 和缺相运行 状态时的发电性能 ； 最后针对 系统缺相运行状态提 出了单通道 容错控制方 案 ， 并通过仿真对该方案进 行 了验证 。研 究结果表 明 ， 该 容错控制方案能够有效改善缺相故 障下 系统 的输 出性能 ， 为该类发 电系统的故障诊断和容错控制提供 了依据 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｕ ｔ ｕ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｅ ａ ｃ ｈ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｕ ａ ｌ — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ ｒ ｅ ｌ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｍａ — ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｈ ｅ ｎ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｄ．ａ ｎ ｏ ｎ ｅ — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｆ ａ ｕ ｈ — ｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ．ａ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ

开关磁阻电机非线性磁参数建模方法

开关磁阻电机非线性磁参数建模方法
刘闯;严利;严加根;刘迪吉
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2007(039)006
【摘要】建立了一种基于MATLAB/SIMULINK的非线性磁参数法的开关磁阻电机数学模型,在电磁场有限元(FEM)数值计算结果的基础上,解算出电机磁特性函数矩阵ψ(i,θ),把ψ(i,θ)函数矩阵三次样条插值变换成电机电流特性矩阵i(ψ,θ),再利用MATLAB/SIMULINK中的查表模块建立了开关磁阻电机系统的非线性模型.该模型中的电机本体模块、功率变换器模块、控制模块等都是通过SIMULINK中PSB通用功能模块搭建起来的,修改容易且直观性强,试验结果验证了该模型的准确性.
【总页数】5页(P706-710)
【作者】刘闯;严利;严加根;刘迪吉
【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京,210016;重庆科技学院电子信息工程学院,重庆,400050;南京航空航天大学自动化学院,南京,210016;南京航空航天大学自动化学院,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.2
【相关文献】
1.基于GA-ANN的非线性半参数建模方法 [J], 段斌;梁军;费正顺;杨敏;胡斌
2.快速非线性仿真法在开关磁阻电机等效磁网络模型中的应用 [J], 国臻;白保东
3.基于动、静态电感特性的开关磁阻电机非线性磁参数模型 [J], 蒋涛
4.基于磁共能重构的电励磁同步电机分布参数建模方法 [J], 尹星; 钟再敏; 周水华; 李俊杰
5.开关磁阻电机稳态特性的等效磁网络模型分析方法Ⅱ.系统仿真 [J], 童怀;傅光洁;黄声华;詹琼华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于最优开通角的开关磁阻电机调速系统建模与仿真

基于最优开通角的开关磁阻电机调速系统建模与仿真张正苏【摘要】开关磁阻电机驱动系统（S RD ）是一种广泛应用于工业技术领域的新型电动机驱动系统，如何对其建立精确的非线性模型是其高性能得以实现的必要前提。

应用 Ansoft Maxwell有限元分析软件，经计算获得开关磁阻电机（SRM ）的静态电磁特性，在此基础之上，针对开关磁阻电机驱动系统（SRD）进行建模并通过Matlab软件平台进行仿真。

采取固定关断角、选取最优开通角的控制策略进行S RD系统仿真，针对不同设置模式下的仿真结果对比分析，为后续的S RD实验测试环节完成前期的必要准备。

%Switched reluctance motor speed control system is a new type of motor drive system applied to the field of industrial technology ,and a wide range ,accurate nonlinear model is very important for the high performance of SRD . In this paper , finite elementis used to analyze and calculate the static electromagnetic characteristicsof SRM .Based on this ,the nonlinear model of SRD is established and the simulation is realized by the use of Matlab software platform .Turn‐off angle is fixed and the opening angle is variable .Under the control strategy in this paper ,the simulation results of different mode are analyzed in detailed ,and the data of future SRD experimental test is predicted effectively ,which will have a certain reference value for theoretical research and practical application .【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P37-42)【关键词】SRM;电磁特性;建模仿真;开通角;关断角【作者】张正苏【作者单位】黑龙江工程学院电气与信息工程学院，黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】TM352开关磁阻电机（SRM）是20世纪80年代中期随着电力电子技术、微型计算机技术和现代控制理论的迅猛发展而发展起来的一种新型机电一体化产品，是调速领域的一个新分支。

三相12/8极开关磁阻电机驱动系统建模与仿真

作者： 王智杰;蔡燕;姜文涛
作者机构： 天津工业大学,天津300387
出版物刊名： 科技创新与应用
页码： 11-11页
年卷期： 2017年 第5期
主题词： 开关磁阻电机驱动系统 MATLAB建模仿真 优化控制
摘要：开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor,简称SRM）的特殊非线性结构使其设计和分析十分困难,因此准确的建模和仿真对开关磁阻电机的研究很有必要。

文章利用MATLAB/Simulink仿真软件,采用模块化的思想对一台三相12/8极开关磁阻电机驱动系统（简称SRD）进行了整体建模。

仿真得到的波形验证了搭建的仿真模型的正确性,该模型为进行开关磁阻电机的优化控制研究创造了条件。

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当图 1中的 A相通道 1导通时 , 电机的等效磁 路如图 3所示 , 其中图 3(a)为定子极正对转子槽位 置 (θ=0°)时 A11所产生的磁通示 意图 , 图 3(b)为 定子极与转子极位置重合 (θ=22.5°)时 A11所产生
19 2
电 机 与 控 制 学 报 第 13卷
图 2 双通道 SRM系统电路 图 Fig.2 Circuitdiagram ofdual-channelSRM system
双通道 SRM控制系统可以采用双通道工作方 式或者单通道工作方式 。当一套功率电路故障时能 够转换为单通道工作方式 , 成为容错工作方式 , 此时 电机仍然能够正常运行 。
3 双通道 SRM数学模型
1 引 言
开关磁阻电机 (switchedreluctancemotor, SRM)
由于结构简单 , 调速范围宽 , 调速性能优异 [ 1] , 系统可 靠性高 , 容错性强 , 可以兼作电动机和发电机运行 , 近 年来成为各国研究和开发的热点之一 , 尤其是作为航
收稿日期 :2008 -03 -03 基金项目 :国家自然科学基金项目 (50877058) 作者简介 :丁 文 (1981 -), 男 , 博士研究生 , 研究方向为开关磁阻电机及其控制系统 ;
示的磁通矩阵 , 推导出绕组自感及各相之间互感的计算方法 。 该模型考虑了电机轭部磁路和材料
非线性磁饱和的影响 , 提高了模型的实用性 。 有限元分析结果验证了该数学模型的正确性 。
关键词 :开关磁阻电机 ;双通道 ;磁路模型 ;有限元分析
中图分类号 :TM352
文献标识码 :A
文章编号 :1007-449X(2009)02-0190-07
双通道 SRM是 20世纪 90年代率先由美国 GE 公司根据国防部 “未来先进控制技术规划 ”及美国 空军 USAF资助 , 从电源系统的可靠性 、可维护性 、 双余度 、容错性 、环境适应性及容量 、效率 、功率密度 等方面的要求而设计研究的一种新型电机 。它在普 通的 12/8极 SRM基础上 , 将电机互相垂直的 4个 齿极绕组两两串联或并联构成两个互相并联 、独立 输出的通道 , 由两套独立的功率电路驱动形成新型 的双通道控制系统 。 由于 SRM本身磁场就比较复 杂 , 加上两个通道之间还存在着强烈的互感和彼此 间的干扰 , 因此 , 使得双通道 SRM成为一个多变量 强耦合的非线性系统 。目前 , 国外只有 Arthur、Caio 等 [ 2] 为首 的美 国 学者 研 究并 初 步 掌握 了 双 通道 SRM的初步技术 , 国 内对于双通道 SRM的研究比 较少 , 实现工业或军事运用的更是不多 。
第 13卷 第 2期 2009年 3月
电 机 与 控 制 学 报 ELECTRIC MACHINES AND CONTROL
Vol.13 No.2 Mar.20 09
12 /8极双通道开关磁阻电机非线性数学模型 与有限元分析
丁文 , 梁得亮
(西安交通大学 电气工程 学院 , 陕西 西安 710049)
的磁通示意图 , 其中 , Pu、Pw、Pv分别表示定 、转子极 气隙处的磁导 。 图 4为 θ=0°和 θ=22.5°处 A相通 道 1的等效磁路 , Psy、Pry为定 、转子轭部 各处的磁 导 , N为一个定子极线圈的匝数 , I为通道 1 绕组的 电流 , Υ1 、Υ2 、Υ3 分别为与通道 1相邻的每个齿极 下的气隙磁通 , 也就是通道 1对其它几相的互感磁 通 , 其中 , Υ1 表示 A11对 C21的互感磁通 , Υ2 表示 A11 对 B11的互感磁通 , Υ3 表示 A11对 A21的互感磁通 。
3.2 气隙磁导的推导 对于气隙磁导的计算 , 一般的方法是 :根据气隙
磁场分布的特点 , 把气隙磁场分割为若干规则形状 的区域 , 分别求出各个区域的气隙磁导 , 然后求出整 个气隙区域的总磁导 。在计算各个小区域的气隙磁 导时 , 通常把不规则形状的磁路等效成简单的 、便于 计算的 、形状接近原磁路形状的磁路 , 如用直线形和 圆弧形状的组合来代 替原磁路 [ 3] 。 每个磁极下的
摘 要 :与传统的 12/8极开关磁阻电机不同 , 双通道开关磁阻电机线圈之间采用一对极绕组反向
串联的结构形式 , 由两套独立的功率电路驱动形成新型的双通道控制系统 , 该系统能够实现容错控
制以提高可靠性 。本文在分析双通道开关磁阻电机原理和结构的基础上 , 建立了电机每个通道绕
组的磁路等效数学模型 , 在一个相周期内对磁路各部分磁导进行了详细分解计算 , 确定了以磁导表
Nonlinearmathematicmodelandfiniteelementanalysisfor a12/8 poledual-channelswitchedreluctancemachine
DINGWen, LIANGDe-liang
(SchoolofElectricalEngineering, Xi' anJiaotongUniversity, Xi' an710049, China)
P1
=μ0 h(π/1lg2
-
θ )(rsp
+rrp), 2
(3)
式中 :h为定 、转子轴向长度 ;μ0 为空气的磁导率 。
在 dP2 处磁通路径 的平均长 度 l和 截面积 ds
可表示为
l=π 4
(t+lg +kt)=π4
[
lg +(1
+k)t] ,
(4)
ds=h(dt+kdt)=h(1 +k)dt。
度 ;lg为气隙长度 ;rsp、rrp为定 、转子极半径 ;dP2 、dP3 为气隙磁导微分 ;t为椭圆磁通路径的短半轴 , 长半
轴为 lg+kt;k为椭圆系数 , 与转子位置角 θ和气隙
长度 lg有关 , 且有
k=lgt+t=lgr+rprrpθθ。
(2)
由磁导定义 得定 、转子极间气隙磁导 P1 为
气隙可以分为两种情况 :定 、转子极有一部分重叠区 域 ;定 、转子极完全没有重叠区域 。 3.2.1 定 、转子极交叠区气隙磁导
假设定 、转子极弧均为 15°, 将图 1气隙 1处所 对应的定 、转子极有一部分重叠时的磁路分割放大 示于图 5, 此时气隙磁导 (定义为 Pa1 )可以分成 3个 组成部分 :定 、转子齿重叠部分磁路气隙磁导 P1, 边 缘磁路气隙磁导 P2 和 P3 。由于边缘磁通路径接近 椭圆 , 因此本文采用椭圆路径来近似边缘磁通路径 。
要想在现代控制理论的基础上 , 利用电力电子 技术和计算机技术 , 实现双通 道 SRM的 高性能控 制 , 首先要建立其准确的数学模型 。 从公开发表的 文献看 , 对于 SRM数学模型的研究 , 文献 [ 3 -8]从 磁路的角度对 SRM进行了分析 , 但是这些模型都只 是在局部的区间内成立 , 没有建立一个完整的相周 期全角度范围的数学模型 , 并且大都没有考虑电机 磁饱和的影响 ;文献 [ 9, 10]利用有限元软件从场的 角度对 SRM静态特性进行了计算 , 但是对于各相之 间的互感则很少考虑 。本文在现有文献的基础上 , 首先介绍了双通道 SRM的原理和结构 , 建立了电机 每个通道绕组的磁路等效数学模型 , 推导出一个相 周期全角度范围内的气隙磁导表达式 , 确定以磁路 各部分磁导表示的磁通矩阵 , 利用高斯 -赛德尔迭 代法求解矩阵方程获得自感与互感磁通 , 进而求得 磁链数据 。 该模型考虑了电机轭部磁路和材料非线 性磁饱和的影响 , 然后利用有限元软件 Ansoft从磁 场分析的角度计算了电机的电感 、磁链特性 , 验证了 该数学模型的正确性 。
首先分析双通道 SRM的等效磁路模型 , 在此基 础上推导以磁导表示的磁通矩阵 , 然后通过磁场分 割法得到磁路中各部分的磁导解析式 , 将磁导的解 析式代入磁通矩阵 , 通过高斯 -赛德尔迭代法求得 各部分磁通大小 , 最后得到电机的磁链和电感特性 。 3.1 等效磁路
双通道 SRM采用集中绕组 , 各相具有对称相似 性 , 本文在分析时以其中 1相导通为例 。
Abstract:Differentfromtheconventional12 /8 switchedreluctancemotors, thewindingsofdualchannel switchedreluctancemotor(DCSRM)wereplacedinoppositeseriesanddrivenbytwoindependentsets ofpowerelectroniccircuits.Therebyanelectricaldrivensystemwithdualcontrolchannelswasformed, andafaulttoleratedoperationmodecouldbeusedinthissystem forhighreliability.Afterthestructure andprincipleofDCSRM wereanalyzed, themathematicalmodelofthemagneticequivalentcircuitsin eachchannelwindingforDCSRMwasconstructed, andtheselfandmutualfluxlinkagesandthefluxmatrixwhichconsistsofseveralpermeanceswerederived.Thepracticabilityofthismodelwasincreasedbecausetheeffectsofthemagneticcircuitofyokefluxpathsandthenonlinearmagneticsaturationwereincluded.Thevalidityofthemathematicalmodelisverifiedbytheresultsofthefiniteelementanalysis. Keywords:switchedreluctancemotors;dualchannel;magneticequivalentcircuitmodel;finiteelement analysis