《开关磁阻电机磁场有限元分析及稳态特性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关磁阻电机磁场有限元分析及稳态特性研究（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大庆石油学院硕士学位论文开关磁阻电机磁场有限元分析及稳态特性研究姓名：全星慧申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：付光杰20050225大庆石抽学院硕士研究生学位论文开关磁阻电机磁场有限元分析及稳态特性研究摘要本文以开关磁阻电机( S R 电机) 磁场的有限元分析及稳态特性研究为主题开展研究工作，以期促进开关磁阻电机的推广应用及开关磁阻电机磁场理论的发展。针对开关磁阻电机定、转子极存在显著的边缘教应和高度的局部饱和特点，本文在系统地总结电机电磁场队及工程电磁场数值计算理论的基础上，基于大型有限元分析软件A N S Y S ，采用全场域二维电磁场有限元分析，对开关磁阻电机的磁场分布
2、、静态特性等进行了大量的计算。通过仿真的结果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，并总结了电机内磁场的分布规律；另一方面根据计算结果绘制出了开关碰阻电机的磁化曲线族，即妒一口一f 关系曲线，电感曲线和静态转矩曲线等参数，这些工作为分析开关磁阻电机的工作原理及开关磁阻电机的进一步开发和应用，建立开关磁阻电机合理的非线性模型提供了理论基础和可靠依据。本文还建立了开关磁阻电机的等效磁网络模型，利用有限元分析计算的磁化曲线族对开关磁阻电机的稳态特性进行了仿真研究。本文主要讨论了电机在角度位置控制方式下的稳态运行情况，计算出了相电流和动态转矩。计算结果非常接近实测值从而说明本文建立的
3、等效磁网络模型对开关磁阻电机稳态特性的研究具有较高的精度，同时说明本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也是比较准确可靠的，进而为开关磁阻电机的设计、性能校核、稳态性能分析、实时控制和开发研制等探索了一整套比较准确可靠的分析方法。关键谰：开关磁阻电机；F E M ；磁化曲线族；稳态运行特性F i n i t eE l e m e n tA n a l y s i so fM a g n e t i cF i e l do ft h eS w i t c h e dR e l u c t a n c eM o t o ra n dt h eR e s e a r c ho f
4、t h eS t e a d yS t a t eP e r f o r m a n c eA B S T R A C TT h i sp a p e ri sd e v o t e dt of i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so f m a g n e t i cf i e l do f t h es w i t c h e dr e l u c t a n c em o t o r ( S 尉订)a n dt h er e s e a r c ho f t h es t e a d ys t a t ep e r f o r m a n c e i
5、 no r d e rt op r o m o t et h ef u r t h e ra p p l i c a t i o no fS R Ma n dt h ed e v e l o p m e n to fi t sm a g n e t i cf i e l dt h e o r y B e c a u s et h em a g n e t i cf i e l do fS R Mh a sd i s t i n c tf l u xf r i n g ea n di n t e n s el o c a Is a t u r a t i o ne r i e c to nt h
6、 es t a t o ra n dr o t o rp o l e s ，s ot h i sp a p e rs u m m a r i z e da n dd e s c r i b e ds y s t e m a t i c a l l yt h ef u n d a m e n t a lp r i n c i p l e sa n dt h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o m a g n e t i cf i e l di nt h em o t o r , a n da d o p t e d2 Dw h o l ef i e l
7、d f i n i t ee l e m e n tm e t h o d( F E M ) b a s e do nA N S Y Ss o f a v a r et oc a l c u l a t et h em a g n e t i cf i e l dd i s t r i b u t i o na n ds t a t i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h em o d e lS R M T h er e s u l t so fs i m u l a t i o nh a v ei n d i c a t e dd i s t r i b
8、 u t i o np r i n c i p l eo fm a g n e t i s mc u r v eo ns e v e r a lt y p i c a lr o t o rl o c a t i o n A n dt h e nt h em a g n e t i z a t i o nc u r v e so fe l e c t r o m a g n e t i cf i e l di nt h eS R Mw e r es i m u l a t e d ，o b t a i n i n gt h e 一0 - ic u r v e ，i n d u c t a n c
9、 ec u r v ea n ds t a t i ct o r q u ec u r v ea n ds oo n A b o v ed i s c u s s i o nc o u l dn T e v l d er e l i a b l et h e o r yf o u n d a t i o nf o rt h er e a s o n a b l ee s t a b l i s h m e n to fn o n l i n e a rm o d e lS R Ma n dt h ef u r t h e re x p l o i t a t i o na n da p p l
10、 i c a t i o n I nt h i sp a p e rt h ee q u i v a l e n tm a g n e t i cn e t w o r km e t h o do ft h eS w i t c h e dR e l u c t a n c eM o t o r ( S R M ) w a se s t a b l i s h e da n di t ss t e a d ys t a t ep e r f o r m a n c ew a sa n a l y z e db yt h em a g n e t i z a t i o nc u r v e s
11、o b t a i n e db yf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s T h ea c t u a lc u r r e n ta n dt o r q u ew a v e f o r m sw e r eg i v e no nt h ec o n t r o lo fA P C A n dt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sa p p r o a c h e dt ot h ea c t u a lm e a s u r ev a l u e ss ot h a tt h em o d e ls w
12、i t c h e dr e l u c t a n c em o t o ri nt h i sp a p e rw a sp r o v i d e dw i t hh i g h l yp r e c i s i o na n dt h er e l i a b l ec a p a b i l i t yp a r a m e t e r sf o rt h es t e a d ys t a t ep e r f o r m a n c eo f S R M ，S ot h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rh a ss o m et h e o
13、r e t i c a la n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o nv a l u ef o rt h eS R Md e s i g n ，p e r f o r m a n c ec h e c ka n ds t e a d ys t a t i cp e r f o r m a n c e K e y w o r d ：S w i t c h e dr e l u c t a n c em o t o r ；F E M ；t h em a g n e t i z a t i o nc u r v e s ；t h es t e a d ys
14、t a t ep e r f o r m a n c e大庆石油学院硕士研究生学位论文1 选题的目的和意义月U 舌利用电机电磁场理论和有限元法进行S R 电机磁场分析与计算，在S R 电机的研究中占据十分重要的地位，它是整个电机设计和运行性能分析的基础。由于S R 电机结构与传统的交直流电机具有很大的差别，加之其过饱和特性，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，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，显示出极大的优越性。电机磁化曲线在S R 电机电磁场分析与计算中占据十分重要的位置。通过这一特性的计算与分析，可以清楚地了解电机能量转换的方
15、式与大小以及电机内部的饱和情况；同时，它是计算电感、磁通、转矩和功率的基础，亦是电机优化与仿真的依据。本文的目的正是为了准确求取S R 电机非线性磁化曲线族，从而对S R 电机的工作原理和内部电磁关系作系统和详细的分析，研究其工作特点和内在规律，从而进行S R 电机性能分析和进行有效的电机电磁设计工作。2 开关磁阻电机的国内外研究现状“开关磁阻电机”一词源见于美国学者S A N a s a r1 9 6 9 年所撰写论文，它描述了这种电机的两个 基本特征：开关性电机必须工作在一个连续的开关模式，这也是为什么在各种新型功率半导体 器件可以获得后这种电机才得以发展的主要原因：磁阻性定、转子具有可变
16、磁阻回路，是真正的磁阻电机“。开关磁阻电机的最早文献记载可追溯到1 8 3 8 年，苏格兰学者D a = v i d s o n 发明制造了一台用以推进蓄电池机车的驱动系统。当时，D a v i d s o n 的蓄电池机车重数吨，时速为每小时4 英里。由于当时采用的是机械开关，其运行特性、可靠性和机电能量转换效率都是很低的，因而被随后发展的直流电动机所取代。2 0 世纪2 0 年代，英国学者C LW a l k e r 发明并取得步进电机的专利，初具了现代V R 步进电机和开关磁阻电机的许多特征【j J 。随着电力电子器件和电磁场计算技术的发展，开关磁阻电机又逐渐吸引人们的注意力。这时的代表是F o r d 汽车公司的LE U n n o w e h e x 和W H K o c h ，他们指出了S R M的发展趋势。不过，开关磁阻电机调速系统的发展和应用主要应归功于英国L d s 大学和N o t t i n g h a m大学的P _ J L a w r e n s o n ，RVD a v i s 等人。7 0 年代左右，英国
