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。     

基于联合仿真的表贴式永磁游标电机性能分析

表贴式永磁游标电机内部电磁参数复杂多变,MATLAB/Simulink不能精确反映不同运行工况下电机的实际电磁性能。将交叉耦合理论应用于表贴式永磁游标电机的磁链、电感和转矩模型的研究中,分析计算了交叉耦合对表贴式永磁游标电机磁链、电感和转矩的影响。基于ANSYS Maxwell、Simplorer及MATLAB/Simulink软件建立了场路联合仿真的电机驱动控制系统模型,测试了电机的驱动性能,并与MATLAB/Simulink定参数仿真结果进行了对比。理论分析和仿真结果表明,因电机内部电磁状态的实时变化,采用联合仿真分析方法的计算结果具有更高的准确性。     

基于Maxwell和MATLAB的双馈直线电机联合仿真控制研究

双馈直线电机是由绕线式异步电机沿径向展开得到的新型电机。为研究电机在实际控制中的动态情况,在Maxwell 2D环境下建立双馈直线电机模型,利用有限元软件分析电机磁场分布,考虑电机结构、电磁饱和等因素对电机动态运行的影响。基于动子电流定向矢量控制原理搭建控制系统框图,采用Simplorer搭建外部逆变电路;使用MATLAB实现电机矢量控制算法,联合Maxwell模型实现双馈直线电机的联合仿真。仿真结果表明,双馈直线电机联合仿真结果比MATLAB控制仿真更精确,定动子电压、电流更接近真实值。     

基于Simplorer的SRD动态建模与实验研究

提出了一种基于Simplorer+Maxwell的开关磁阻电机调速系统(SRD)建模与联合仿真方法.以常用的4相8/6结构开关磁阻电机(SRM)为例,首先利用Ansoft/Rmxprt对电机本体进行初始设计与性能校核,然后利用Maxwell 2D进行瞬态和稳态运行分析的有限元计算,最后基于Simplorer搭建系统功率变换器与换相电路,组成机电一体化系统进行联合仿真.仿真和实验研究分别验证了模型的准确性,且系统级联合仿真更加接近电机实际运行工况,为研究和设计SRD控制系统提供了一种实用有效的途径.     

矢量控制的双绕组磁阻电机电磁特性分析

针对开关磁阻电机单极性电流励磁引起转矩波动大的问题,采用新型结构双绕组磁阻电机,通过矢量控制实现电枢电流正弦变化。基于Simplorer+Maxwell对双绕组磁阻电机与开关磁阻电机在电磁特性方面进行了对比分析。仿真实验表明:与传统开关磁阻电机相比,双绕组磁阻电机输出电流波形接近正弦波,磁势谐波成分少,转矩波动小,转矩密度大,电磁特性更好的优势。     

高速两相4/2结构SRM锥形转子结构优化设计

针对传统两相4/2结构开关磁阻电机存在转矩死区而无法自起动的问题,提出了一种新型锥形转子结构的开关磁阻电机。首先建立了传统转子结构和锥形转子结构的两相开关磁阻电机静态有限元模型,分别对两种结构开关磁阻电机的电感特性、静态转矩特性进行了对比分析。优化了锥形转子的偏心半径,得到了锥形转子的最优尺寸参数。仿真结果表明所设计锥形4/2结构开关磁阻电机没有转矩死区,具有自起动能力,平均电磁转矩符合高速烘干机的设计要求。最后试制了样机,搭建了控制系统的软硬件平台,进行了样机试验,实测结果验证了设计和控制方案的有效性。     

基于Maxwell 2D的航空电源交流励磁机空载特性研究

虽然Ansoft公司的电机设计RMxprt、电磁场计算Maxwell 2D、混合电路仿真Simplorer 等软件包发挥了系统仿真"一条龙"的优势,但对于航空交流电源中交流励磁机的旋转电枢式结构,在RMxprt中没有对应的输入模块,因此直接利用Maxwell 2D软件建立了该类型发电机的二维瞬态场仿真模型,并仿真了模型在空载时的磁场空间分布以及电磁参数和电路参数,与实测值比较,验证了模型的精度.仿真模型可指导该类型电机的结构优化设计和其它工况瞬态特性研究.     

新型磁悬浮开关磁阻电机的有限元分析

为了解决传统的磁悬浮开关磁阻电机定子同一齿极上的转矩绕组与悬浮力绕组的强耦合的问题,本文提出一种采用了混合定子极的新型8/10极磁悬浮开关磁阻电机模型。混合定子中都只有一套绕组,其中四极产生转子所需转矩,另外四极产生转子回到平衡位置的径向力。本文利用Ansoft软件建立电机模型,进行了静态转矩特性仿真、电磁径向力数值计算和动态仿真研究。仿真结果为此新型电机的优化设计和进一步研究提供了理论依据。     

基于BP神经网络的开关磁阻电机转矩观测器

转矩的精确估算对于开关磁阻电机的瞬时转矩控制和转矩脉动的抑制是必不可少的。由于转矩的严重非线性特性,电机转矩的精确估算是很困难的。为此,本文以Matlab／Simulink中一台三相6／4极SRM电机模型的转矩特性数据为样本,建立了以电流和角度为输入,电机转矩为输出的BP神经网络模型,用于瞬时转矩的估计。最后通过MATLAB对三相（6／4）结构的SRM电机进行了仿真实验。实验结果表明,基于神经网络的开关磁阻电机瞬时转矩估测具有较高的精度。     

基于场路耦合的轮毂式开关磁阻电机的电磁性能分析

首先采用有限元法对一台三相18/24极轮毂式开关磁阻电机(SRM)进行了静磁场分析,获得了电机的L-i-θ曲线、T-i-θ曲线、磁化特性曲线以及不同转子位置下的磁力线和磁通密度分布;接着,在现有文献的基础上充分考虑SRM的饱和非线性,采用基于Simplorer与Maxwell场路耦合的联合仿真方法对电机进行了瞬态场计算,得到了不同运行条件下的电流、电磁转矩等波形;最后,通过加工样机测量了电机在起动、稳态运行、加速、减速和变负载等状态下的实验波形,其结果与仿真波形吻合较好,验证了分析方法和结果的有效性。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

无轴承开关磁阻电机麦克斯韦应力法数学模型

针对已有基于虚位移法的无轴承开关磁阻电机数学模型推导复杂的缺限,从麦克斯韦应力法角度出发,建立了考虑电机磁饱和特性的数学模型。在大电流饱和状态下,该模型有效地描述了电机产生的径向悬浮力和电磁转矩。利用有限元分析的方法验证了该模型的优良特性。试验结果显示利用该模型能够很好地实现电机稳定悬浮,表明采用麦克斯韦应力法建模的正确性和可行性。该方法的应用为研究无轴承开关磁阻电机电磁力分布提供了新的思路。     

永磁同步力矩电机的多领域联合设计与分析

基于Ansys、MATLAB/Simulink等仿真软件,对永磁同步力矩电机的工作特性进行多领域分析。以抑制转矩脉动和振动为目标对电机进行电磁仿真和模态分析;仿真电机空载最高转速的转子离心应力和转子结构形变;校核技术指标要求的最高转速工作点的运行可靠性;基于Ansys Simplorer平台对电机控制系统的转矩特性进行联合仿真;分析电机加工工艺对电机性能的影响。从而从整体系统角度出发,寻求最优的电机设计方案。     

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。     

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。     

基于场路耦合的永磁同步电机性能分析

在伺服控制系统中,控制器对内置式永磁同步电机(IPMSM)的性能影响较大。采用时步有限元分析方法,通过在Maxwell中搭建IPMSM三维和二维瞬态电磁场有限元模型,在Simulink中搭建了电机控制算法的模型。经由Simplorer软件接口技术将有限元模型和电机控制算法模型相结合,构建了永磁同步电机的场路耦合仿真模型。分析了电机在不同控制策略和工况下的转矩、电流、损耗、弱磁调速范围等数据,为IPMSM伺服调速系统的计算及优化设计提供了合理的方法。     

基于DITC的开关磁阻电机转矩脉动最小化研究

转矩脉动是开关磁阻电机较为突出的缺点.本文基于直接瞬时转矩控制(DITC)的概念,直接控制瞬时转矩跟随参考转矩,并结合转矩滞环控制器,阐述了减小转矩脉动的控制原理.针对一台3相12/8极开关磁阻电机,建立了Matlab环境下SRM系统的仿真模型.仿真结果和实验结果如实地反映了开关磁阻电机的运行特性,验证了本文所用的直接瞬时转矩控制能有效地减小转矩脉动.     

开绕组BLDCM与星接绕组BLDCM的对比分析

开绕组电机系统因其输出功率大、调速范围宽、容错性强等优点,是当前学者们研究的热点。介绍了开绕组电机系统的隔离母线拓扑结构,利用Maxwell与Simplorer软件联合仿真,对比分析了隔离母线开绕组BLDCM与星接绕组BLDCM在两两导通三相六状态控制方式下的电流、转矩、转速、机械特性。仿真结果表明:隔离母线开绕组BLDCM响应速度更快、转矩脉动更小、最大转速提升到2倍。