新型SRM直接转矩控制系统的场路耦合联合仿真

转矩脉动是阻碍开关磁阻电机(SRM)发展的主要因素之一。采取合适的控制策略及结构改进能够抑制转矩脉动,但在研究的过程中通常需要通过仿真的方式进行快速验证。采用Simulink、Maxwell及Simplorer场路耦合多物理域联合仿真的方式,针对新型定转子开槽SRM,建立了直接转矩控制(DTC)系统,模拟分析了其在起动、加减速以及增卸负载等工况下的响应性能,验证了对转矩脉动的抑制效果。对于新型定转子开槽SRM本体建模而言,利用Maxwell建立其有限元模型,可以避免复杂的数学模型推导,且在联合仿真的过程中能够实时反映出电机内部的电磁特性,便于为电机本体结构的改进以及控制策略的优化设计提供重要依据。     

计及互感的开关磁阻电机单双相励磁静态性能分析

针对开关磁阻电机双凸极结构及开关电源供电导致的其固有转矩脉动问题,运行时期望保持各相电感曲线重叠,研究由磁链交互引起的互感耦合及饱和效应。从电机设计的角度详细分析了单双相励磁时开关磁阻电机的静态性能及其与相电流、转子位置的关系:包括长、短磁路模式下电机单双相励磁的自感和互感曲线,相邻相对导通相磁链的影响,以及互感对输出转矩的影响,并且实测了四相8/6结构开关磁阻电机的自感及互感曲线。理论分析和有限元计算及实验研究均表明,相邻两相为短磁路励磁模式时,可获取较高平均转矩。     

基于不同电机极对数对开关磁阻电机性能的影响研究

针对电机本体结构的改变可能会引起的电机性能的变化,采取实验研究法对两种额定参数相同的四相8/6极和四相16/12极相同功率不同结构的开关磁阻电机(SRM)进行实验研究。对两种不同极数结构SRM的绕组自感、互感、转矩大小及脉动影响和绕组电流等方面进行了电磁仿真分析。结果表明:8/6极开关磁阻电机与16/12极相比,前者具有各相绕组自感值大、互感值大、转矩大等优点,后者具有转矩脉动小的优点。此项研究对SRM电机本体设计和SRM的选型具有重要的指导意义。     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。     

绕组连接形式对开关磁阻电机性能影响的研究

开关磁阻电机结构简单、控制灵活,定转子极弧系数、绕组匝数、气隙等主要结构参数都对电机性能有很大影响。采用有限元分析法对一台三相12/8极30 kW开关磁阻电机在两种绕组连接方式下的磁场分布、转矩、电流、电感等性能进行分析,并通过实验验证,采用NSNSNSNSNSNS定子极性排布的连接方式较NNNSSSNNNSSS连接方式的平均转矩更大、转矩波动更小,同时互感也更小。     

双极性分块转子开关磁阻电机

针对单极性励磁时四相8/6结构分块转子开关磁阻电机的定子磁通冲突问题,把双极性励磁方法应用于四相8/6结构分块转子开关磁阻电机,基于2D有限元建立双极性分块转子开关磁阻电机的场路耦合模型,计算双极性分块转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗,并在(r,θ)坐标系中细致描述定子铁心和转子铁心特征区域的磁密周期性变化规律,最后应用双频法分离铁损获得铁心的涡流损耗和磁滞损耗.计算结果表明,与同等双极性励磁的8/6结构双极性普通开关磁阻电机相比,8/6结构双极性分块转子开关磁阻电机的转矩脉动大,但铜耗减小约32%,铁耗减小约35%.     

基于TSF与模糊开关角的SRM建模与控制系统仿真研究

开关磁阻电机(SRM)的模型直接影响电机性能分析以及控制效果,虽然SRM结构简单,但开关磁阻电机双凸结构和磁路的严重饱和,使其精确建模十分困难。针对这一问题,提出一种基于BP神经网络建立开关磁阻电机电流、转矩模型的查表方法。利用有限元软件得到的样本数据对BP神经网络进行离线训练,输出期望数据,用于查表法的SRM非线性模型。利用转矩分配控制和模糊开关角控制可有效抑制SRM的转矩脉动。仿真实验结果表明,所提方法转矩计算速度快、计算精度高,可以满足实时控制的要求,有效地减小了电机的转矩脉动。     

新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

外转子开关磁阻电机的转矩性能优化

介绍一种具有新颖结构的外转子开关磁阻电机,该电机可直接驱动以消除传输损耗,且每个定子极有两个齿用以增强输出转矩。通过等效磁路法分析了每个定子极多齿拓扑的转矩性能,使用田口算法分析了定、转子尺寸对转矩性能的影响并进行了优化,利用有限元法分析计算转矩性能及电机损耗。结果表明相比于传统电机,改进的新型电机在不同电流密度、不同转速下均具有更好的转矩性能和更高的能量密度。此外,电机损耗亦有所降低。     

开关磁阻电动机互感特性及其对转矩的影响

开关磁阻电动机在两相励磁的工作条件下,定转子轭部磁场高度饱和使每相磁链有所减小.通过引入互感的方法可以定量计算磁链的减小量,并给出了互感计算式,利用有限元法分析了一台样机互感随转子位置和电流的变化规律,理论推导了互感对平均转矩影响的程度,研究了四相8/6极开关磁阻电动机稳态转矩波形在两种绕组连接方式下的不规则特性,结合互感特性,提出了改变不对称相绕组参数的技术方案.研究结果表明:电磁参数优化后,开关磁阻电动机的最小转矩和平均转矩均得以提高,转矩脉动减小,转矩波形规则.     

电流斩波控制条件下影响开关磁阻电机转矩脉动的结构因素分析

利用磁路和有限元方法,研究了在电流斩波控制条件下,影响开关磁阻电机转矩脉动的结构因素;讨论了,气隙长度,定、转子极弧系数,定、转子轭部厚度变化时开关磁电机转矩脉动的变化情况;研究表明:①使转矩脉动较小的气隙长度存在一个最优值,而且气隙长度影响电机带负载能力;②定、转子极弧系数对SRM转矩脉动的影响类似,随SRM定、转子极弧系数的增大,平均转矩不断增大,定、转子极弧系数在较小数值变化时,转矩脉动变化不大,但当定、转子极弧系数大于某值后,随着平均转矩的增大,转矩脉动大幅度增大;③定、转子轭部厚度对SRM转矩脉动都有影响,但影响程度不大,随着定子轭部厚度的增大,SRM转矩脉动呈现减小的趋势;随着转子轭部厚度的增加,SRM转矩脉动随之变大。     

基于电流补偿策略的转矩分配函数法抑制整距绕组分块转子SRM的转矩脉动

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有单位铜耗下输出转矩大、损耗低等优点,但转矩脉动大。本文采用余弦TSF控制法即通过控制电机各相电流产生的转矩分量使得低速时整距绕组分块转子开关磁阻电机的输出转矩脉动降低。针对电机转速升高后,由于实际相电流不能跟踪参考相电流,以及关断区间的电流不可控导致电机转矩脉动增大的问题,提出增大或减小其他相的相电流进行补偿的转矩控制策略并进行了分析。仿真和实验结果表明,该电流补偿策略的转矩分配控制法可有效抑制整距绕组分块转子开关磁阻电机的转矩脉动。     

不同结构的开关磁阻电动机对比分析

基于12/8极双通道开关磁阻电动机(dual-channel switched reluctance motor,DCSRM)和传统SRM的有限元模型,分别计算两种电机的自感、互感、转矩特性,并对比分析计算结果。为了更加深入研究该两种电机的性能,在已建立有限元模型的基础上,采用磁路电路联合仿真建模法,分别建立两种电机的动态仿真模型,并对比分析了两种电机的可靠性和转矩脉动。经过有限元仿真和电路磁路联合仿真,结果表明:传统SRM互感较小,可忽略互感对电机的影响,而DCSRM的互感较大,对电磁转矩的输出的影响较大。DCSRM能够实现单通道容错运行,提高了电机的可靠性。此外,经分析动态仿真结果表明,选择合适的控制策略,DCSRM的转矩脉动比传统SRM小。     

开关磁阻电机智能滑模变结构控制方法研究

阐述了在利用有限元法计算开关磁阻电机(SRM)磁通、转矩的基础上，得出SRM的状态方程，并针对SRM定转子铁芯的双凸极结构，磁场分布严重非线性，提出在常规滑模控制器的设计中引入模糊控制，构成智能滑模控制器。其控制方法简单，有良好的动态性能，较好的鲁棒性。     

三相全桥式SRM的等效电路模型及其静态特性

针对三相全桥式功率变换器驱动的短磁路互感耦合开关磁阻电机(short-flux path mutual-ly coupled switch reluctance motors,S-MCSRM),在任意时刻必须两相同时导通的特点,提出等效磁链的概念并给出等效电路模型,推导等效磁链方程。通过有限元计算得到S-MCSRM的自感,相电感,相间互感及等效电感,并和传统开关磁阻电机(switch reluctance motors,SRM)作对比分析。此外,根据S-MCSRM转矩方程,对比分析了两种电机自感和互感随相电流变化的规律,分别得出两种电机自感和互感对输出力矩的影响,在此基础上,研究了两种电机不同开通角对转矩脉动系数的影响。研究结果表明,通过合适的控制策略,新型S-MCSRM具有较大输出力矩和较小转矩脉动系数。     

横向磁场开关磁阻电机永磁屏蔽技术研究

首先阐述了横向磁场开关磁阻电机转矩提升原理，着重分析了漏磁通产生原因以及对电机性能产生的影响，在此基础上研究了一种具有双边永磁屏蔽外转子低速横向磁场开关磁阻电机，介绍了样机的结构特点，并采用三维等效磁网络法对样机进行了磁场计算，研究表明利用装设在定、转子极间的永磁体能有效屏蔽漏磁通，增加磁通变化率，提高输出转矩。样机的计算结果和试验结果基本吻合。     

开关磁阻电机转矩脉动最小化研究

为降低开关磁阻电动机的转矩脉动,给出了四相8/6极开关磁阻电机的基本参数与转矩特性;采用二维有限元法对电机的定、转子极弧进行优化;在一定范围内改变原型机的定、转子极弧大小,分析得到了不同的定、转子极弧下的磁链和转矩曲线,并对相应的平均转矩和转矩脉动进行计算和对比.分析结果表明,对原型机而言,当定子极弧为21°、转子极弧为25°时,性能最佳,转矩脉动最小,平均输出转矩较大.     

整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有高速运行时低风（油）阻和低铁心损耗等优点,特别适合用于航天航空驱动系统。根据整距绕组分块转子开关磁阻电机的基本工作原理,结合输出功率与平均转矩的关系,将绕组电流等效为方波,推导出了整距绕组分块转子开关磁阻电机的主体尺寸计算公式;基于电机定转子未对齐位置和对齐位置的电磁特性,以及整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁特点,确定了定、转子极弧系数选取的规则;同时分析了绕组匝数等主要尺寸的选取的规则;最后,基于上述方法优化设计了一台实验样机,并通过有限元仿真及实验验证了整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计方法的正确性。     

基于有限元法的开关磁阻电机转矩脉动优化

抑制转矩脉动是近些年来开关磁阻电机研究的热点问题之一,准确计算电机电磁场是设计、分析开关磁阻电机的关键。研究了一种在转子齿两侧开半圆形槽的改进型转子齿形,通过转子齿形的改变带来气隙磁场的改变,即削弱了气隙径向磁密,同时提高了气隙切向磁密,达到减小转矩脉动的目的。利用有限元法,对一台12/8极转子两侧开半圆形槽的开关磁阻电机建模,通过参数化计算开槽位置和开槽大小。仿真结果表明,在开关磁阻电机转子齿两侧开半圆形槽,可以有效地减小开关磁阻电机的转矩脉动,并且增加电机的平均输出转矩。     

基于有限元法的开关磁阻电机结构优化

以四相8/6开关磁阻电机(SRM)为例,使用Ansoft有限元分析软件构建电机模型,并从减小电机转矩脉动角度去修改电机结构参数,构建了新模型。经过对新旧两种电机模型的仿真分析,从转矩脉动与电机性能两方面比较分析新结构开关磁阻电机的优缺点,为后续的优化研究奠定基础。