开关磁阻电机静态特性参数计算及有限元分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• u 位置）下磁化曲线的计算'>3.2 不对齐位置（即θ_u位置）下磁化曲线的计算
• 3.2.1 磁导分量的计算
• u位置下最小电感L_u 的计算'>3.3 θ_u位置下最小电感L_u的计算
• a 位置）下磁化曲线的计算'>3.4 对齐位置（即θ_a位置）下磁化曲线的计算
• 1 位置下磁化曲线的计算'>3.5 θ₁位置下磁化曲线的计算
• 1 位置绕组电感的计算'>3.6 θ₁位置绕组电感的计算
• hr 位置下磁化曲线的计算'>3.7 θ_hr位置下磁化曲线的计算
• u位置下最小电感L_u 的计算值与有限元法的比较'>3.8 θ_u位置下最小电感L_u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