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

1、開關(guān)磁阻電機（Switched Reluctance Motor簡稱：SR電機）的步進電磁場長期運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)學模型和解析式。由于SR電機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行精確地分析與計算；并且SR電機本身又不能脫離驅(qū)動電路單獨運行，因此對其電磁場進行數(shù)值計算求解的同時應當考慮外部驅(qū)動電路與控制參數(shù)的影響。SR電機繞組電流的非

2、正弦性與鐵心磁通密度的高飽和特性決定了它是一個時變、非線性系統(tǒng)，若用簡單的線性模型去描述其動靜態(tài)特性會帶有較大的誤差。為了深入、準確地研究SR電機的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，必須在其非線性模型的基礎上對電機本體和功率變換器進行系統(tǒng)地、整體地分析與設計。此外，轉(zhuǎn)矩脈動是限制SR電機廣泛應用的主要問題，轉(zhuǎn)矩脈動的存在會引起電機強烈的振動與噪聲。如何有效地減小和抑制SR電機的轉(zhuǎn)矩脈動一直是此類電機研究的熱點與難點之一。
　　針對以上SR電機存在的

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

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