开关磁阻电机及控制系统仿真与建模

开关磁阻电机(SRM)应用广泛,但由于电机内部磁场的非线性和相电流难以解析等问题,因此高精确度的建模和仿真较为困难。电机及驱动系统建模的研究直接影响到电机的优化设计、动静态性能分析、控制策略的评估等。为此,介绍了一种SRM及控制系统的建模方法,利用Flux有限元软件搭建的电机本体模型与MATLAB搭建的控制系统进行联合仿真。通过试验,测得电机在不同运行状态下的电流波形,并与仿真结果比较。结果表明:不同控制方式下的电流波形与仿真结果一致,是一种行之有效的建模手段。     

基于神经网络非线性模型的开关磁阻电机调速系统动态仿真

实现开关磁阻电机调速系统(SRD)的准确动态仿真是进行系统参数优化、控制策略研究的重要依据.本文在以实测开关磁阻电机(SRM)准确特性曲线为样本数据,并基于BP神经网络建立SRM非线性模型的基础上,构建了Matlab环境下SRD系统的整体动态仿真模型.通过仿真揭示了SRD系统的稳态、动态运行特性,实现了系统性能的准确分析,为设计SRD系统高性能控制提供了理论依据.经与实测电流、转速波形对比,验证了本文提出的SRD动态仿真方法的有效性.     

基于Rmxprt与Maxwell2D的开关磁阻电机特性仿真

在Ansoft机电系统Rmxprt模块中建立了SRM的二维模型,且在Rmxprt中仿真,得到了开关磁阻电机的相电流、转矩、功率、效率等特性曲线,得出了电机在额定转速下效率最高输出功率却不是最大的结论;并将其导入Maxwell2D中,在XY平面中,对模型分组、材料设置、边界及激励源设置等相关设置后,做了进一步的基于瞬态场的有限元分析,得到了电机在不同时刻的磁力线、磁通密度、磁密矢量等信息;最后通过对比两个仿真结果,再次验证了此建模仿真方法的正确,这为SRM的分析与控制提供了有效的理论依据。     

不同结构高速开关磁阻电机对比分析

采用电磁场有限元仿真软件Jmag-studio,建立高速开关磁阻电机的模型,给出了功率变换电路,构建了一个完整的仿真系统。通过对不同结构的高速SRM进行计算,得到了SRM随转子位置变化的电感曲线,同时得到了转矩和相电流曲线。     

基于Ansoft的开关磁阻电机建模与仿真

采用Ansoft公司的RMxprt和Maxwell 2D模块建立了开关磁阻电机的模型,给出了电机的功率变换电路,构建了一个完整的仿真系统.通过对SRM模型的有限元分析,得到了SRM的随转子位置变化的电感曲线,同时得到了转矩、相电流及磁链曲线.仿真结果为SRM的优化设计及进一步的研究提供了理论依据.     

开关磁阻电机的非线性建模转矩估计研究

开关磁阻电机(SRM)的双凸极结构使其电磁特性呈高度非线性,本文在对SRM磁化特性曲线(θ,i)分析的基础上,采用了一种倒数函数来建立SRM模型的方法.在获得SRM特殊转子位置处的磁链数据点的基础上,利用傅里叶级数分解和倒数函数来拟合SRM磁链特性,进而推导出电磁转矩模型.本文借助Matlab软件,搭建了开关磁阻电机直接瞬时转矩控制(DITC)的非线性建模转矩估计系统模型,并进行了仿真,仿真结果表明该模型能很好反映实际的电磁转矩,验证了所建模型的准确性和有效性.     

SRM空间电感向量法低速无位置传感器控制技术

为解决开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)无位置传感器启动和低速驱动运行控制的研究难题,文中基于SRM空间电感向量模型提出了一种新的转子位置估计方法。在电机启动及低速驱动运行两种不同状态下,该方法通过对电机绕组进行高频脉冲注入以实现三相电感辨识,并结合复平面内三相电感向量模型与转子位置角度之间的余弦函数关系,采用反余弦变换实现SRM转子位置准确估计。最终通过仿真和实验对提出的无位置方案进行了验证,结果表明,该方法能对SRM转子位置进行准确定位并实现无位置传感器可靠启动及低速运行。     

一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析

设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。     

开关磁阻电机启动过程分析

如何解决开关磁阻电机的启动问题以及启动后的衔接问题是研究开关磁阻电机控制的重要组成部分。分析了开关磁阻电机启动过程中出现的问题及其解决方案。启动实验采用两相启动方式,并利用仿真软件Matlab对开关磁阻电机的启动进行了仿真,分析了启动电流、转矩、转速、磁链,角位置等参数,得到了较好的仿真实验波形。证实了SRM启动阶段稳定可靠,运行良好。     

改进电感分区式SRM无位置传感器研究

针对位置传感器的引入使得开关磁阻电机(SRM)结构变得复杂、可靠性降低这一问题,以SRM的运行电感曲线为例,提出一种检测曲线非线性度的方法,并对电感曲线的非线性度做了研究,找出了线性度较好的区域,在该区域将电感和转子位置进行拟合,优化拟合结果。最后依据各相间电感逻辑关系将各区域的估计值进行叠加,从而实现对转子位置的估计,尤其针对电感曲线交点偏移的情况提出了一种新的估计转子位置方法,增强了检测方法的实用性。仿真实验结果表明,在电机稳态运行和负载转矩突变时都能实现对转子位置的较精确估计,为SRM无位置传感器控制提供了基础。     

基于RBFN-AFS的开关磁阻电机非线性模型与动态仿真

针对开关磁阻电机(SRM)电磁特性存在饱和非线性、多变量、强耦合的特点,提出了一种基于径向基函数网络的自适应模糊系统(RBFN-AFS)建立SRM模型并进行动态仿真的新方法.该方法在实测SRM磁链和转矩特性的基础上,采用递阶自组织学习(HSOL)算法对RBFN-AFS网络进行学习训练,使网络从样本数据中估计出未知的模糊规则,并在学习训练过程中不断更新和修正网络隐层节点参数矢量和连接权值,最终实现磁链与转矩对转子位置角和相电流的非线性映射关系,与其他建模方法相比,该模型具有更快的计算速度和更好的泛化能力.将基于RBFN-AFS网络的电流-磁链和转矩模型应用于SRM调速系统的动态仿真分析中,通过仿真与实验比较,此方法能够很好地预测SRM的动态和稳态运行特性.这种基于RBFN-AFS的建模方法为实现SRM的各项性能分析和各种实时控制提供了一种新的思路.     

开关磁阻电机的磁通波形

本文阐述了开关磁阻电机(SR电机)在不同工作状态下的磁通波形的形状及变化规律,提出了磁通波形矩阵形式的数学模型,有效地解决了任意相数SR电机铁芯不同部分的磁通波形的合成问题,并首次应用非线性方法计算分析了不同转速和控制策略下铁芯各部分的磁通波形。本文的研究结果为SR电机的铁耗分析和计算提供了基础。     

A new approach to calculating core losses in the SRM

In switched reluctance motors (SRM), the flux waveforms are nonsinusoidal and different parts of the magnetic circuit have different waveforms. This paper presents a new approach of taking account of these flux waveforms in the calculation of core losses. Relations between the fluxes of different parts of the magnetic circuits are given in the form of matrix equations, where the fluxes are expressed in terms of normalized flux pulses. Rewriting the eddy-current loss term in the Steinmetz equation in terms of the square of dB/dt and combining it with the matrix equations, eddy-current losses for the complicated flux waveforms of the stator and rotor yokes are calculated. The effect of PWM is taken into account by considering the PWM voltage waveform as dB/dt. From the matrices, it is easy to count how many times full and minor hysteresis loops occur at each pole and yoke segment. The effect of the minor loop is taken into account based on experimental results. The proposed approach gives a systematic procedure for core loss calculation. The derived equations are simple and useful in the design of SRM     

A New Method to Measure the Switched Reluctance Motor's Flux

This paper presents a method to measure the flux linkage curves of a switched reluctance motor (SRM) that avoids the inherent errors introduced by iron and copper losses using the classic method of applying a voltage to the phase of the SRM and integrating it, minus a resistive voltage drop to get the flux. In the proposed method, the flux is computed from the measured static torque using conservation of energy and from the SRM's measured unaligned inductance. In this paper, the method is applied to measured torque data from an experimental SRM and to torque calculated by finite-element analysis (FEA). The experimental results and FEA results are compared with the results obtained using the classic method and an analytical model.     

Performance of a 10-Hp switched reluctance motor and comparisonwith induction motors

A comparison of computed and measured performances of a 10 hp Oulton switched reluctance motor (SRM) and a comparison with the performance of induction motors are presented. The instantaneous current and torque waveforms are computed for the SRM using the results of finite element method (FEM) analysis. The SRM calculated and experimental locked rotor torque, instantaneous current, efficiency, and losses when pulsed voltage excitation is applied to the motor windings were compared. In all cases, there is quite good agreement between the theoretical and experimental results. In addition, the measured total losses, efficiency, and temperature rise for a 10 hp SRM and different induction motors of the same rating are presented. The SRM has a higher efficiency and a lower temperature rise than the induction motors tested     

基于DSP的开关磁阻电动机磁化特性测量

分析了目前开关磁阻电动机磁链特性的几种测量方法及存在问题，给出了一种基于DSP的磁链特性的间接测量方法。通过测量流经某相绕组的电流和该绕组的端电压，并将其由上位机通讯程序采集到上位机，结合数值积分方法，得到该相绕组的磁化特性。这种磁链测量方法所需试验设备常见，试验平台易于搭建，从而降低了测量成本。试验表明，其测量过程简易可行，测量结果准确。     

磁链模型的双开关磁阻电机无位置传感器控制

针对开关磁阻电机( SRM)转子位置传感器带来的成本提高、可靠性降低的问题,研究双SRM无传感器控制.利用SRM两个特殊位置的磁链特性,建立非线性磁链解析模型,给出磁链模型中的参数计算方法,提出双开关磁阻电机无位置传感器控制策略.以TMS320F2812 DSP为控制核心,搭建两台18.5 kW SRM控制器,并实现双...     

开关磁阻电机铁损的双频法有限元计算研究

文中对1台三相12/8结构开关磁阻电机进行了四分之一域的二维(2D)电磁场有限元分析,得到了大小和方向都随时间变化的铁心磁密矢量的X和Y分量,从而更细致地描述了电机铁心各单元磁密随时间(转子位置角度)的变化周期和规律。在无需知道电机铁心材料的损耗系数(即涡流修正因子和局部磁滞回线因子)的情况下,以磁密的计算信息和铁心材料单位体积的铁损密度数据为基础,通过双频法分离出铁损中的涡流损耗和磁滞损耗,再用频率分解法和最大磁密法分别计算这2种损耗,并对占电机铁心铁损较大比例的涡流损耗进行了离散傅里叶分解,比较各次谐波分量对铁损的影响。由间接法计算出铁损的实验值,近似地分离了铁损和杂散损耗,实验验证了该铁损计算方法的准确性。     

基于改进的开关磁阻电机无位置传感器技术

由于开关磁阻电机（SRM）的双凸极结构与高饱和性,其磁链为相电流和转子位置的高度非线性函数。在简化磁链法中建立精确而小规模的SRM磁链模型,是实现SRM无位置传感器控制的关键。采用预处理方法优化神经网络（BPNN）模型可以减小尺度,提高精度;为了进一步优化该模型,在此基础上提出粒子群（PSO）优化BPNN的建模方法。利用PSO算法进行全局优化,避免了BP神经网络易陷入局部极小值的缺点。并通过实验样机实测磁链值,对两种磁链模型进行对比分析。仿真结果表明,此改进方法具有一定的准确性。最后通过Matlab仿真验证将精确度高的磁链模型应用于简化磁链法中,实现SRM无位置传感器控制具有可行性。     

一种基于DSP的开关磁阻电动机磁化特性测量方法

分析了现有的开关磁阻电动机磁链特性的几种测量方法及存在的问题，给出了一种基于DSP的磁链特性的间接测量方法。通过测量流经某相绕组的电流和该绕组的端电压，并将之由上位机通讯程序采集到上位机，结合数值积分方法，得到该相绕组的磁化特性。这种磁链测量方法所需试验设备常见，试验平台易于搭建，从而降低了测量磁链的成本。试验表明，其测量过程简易可行，测量结果准确。