基于ANSYS二次開發(fā)開關(guān)磁阻電機電磁場分析軟件

以四相8/6極、5.5kw開關(guān)磁阻電機為研究對象,以tms320f240型dsp為控制器核心,采用最少開關(guān)器件的功率變換器主電路,主功率開關(guān)器件選用igbt,設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)。實驗表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,調(diào)速性能優(yōu)良。

e形分塊定子srm各定子塊間磁路隔離,容錯能力強,具有重要的應(yīng)用價值。本文將e形分塊定子srm各個獨立的定子塊作為單元,推導(dǎo)了e形分塊定子srm主體尺寸的計算公式,探析并建立了繞組匝數(shù)及其他主要尺寸的選取規(guī)則,完成了e形分塊轉(zhuǎn)子srm的電磁計算,并通過磁路和電路的耦合計算對e形分塊定子srm的穩(wěn)態(tài)電流及轉(zhuǎn)矩等性能進行了仿真分析,仿真結(jié)果驗證了e形分塊定子srm電磁設(shè)計方法的有效性。

開關(guān)磁阻智能局扇采用雙局扇、雙控制器和雙電源組合方式。在局扇、控制器和電源三組之間只要有一個是完好的,通過系統(tǒng)的智能切換,就能夠保證局部送風(fēng)的正常需求。每臺局扇電機采用雙出軸方式,兩側(cè)各安置一臺風(fēng)機,兩臺風(fēng)機同向旋轉(zhuǎn),可根據(jù)瓦斯?jié)舛冗M行風(fēng)量調(diào)節(jié),對開關(guān)磁阻電機進行控制,實時調(diào)整系統(tǒng)輸入功率,提高系統(tǒng)效率,具有明顯的節(jié)能效果。

開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計論文簡介 開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡稱srd）是由開關(guān)磁阻電 動機、電力電子開關(guān)電路及驅(qū)動控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機具有結(jié) 構(gòu)簡單堅固、成本低、容錯能力強、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、轉(zhuǎn)速精度 高、耐高溫、可頻繁起動制動等優(yōu)點，又在高度發(fā)展的電力電子和微機控制技術(shù)的支持 下獲得了良好的可控性能。因此，開關(guān)磁阻電機在驅(qū)動調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本文首先介紹了課題研究背景和意義。給出了開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的組成、運行(zhòng)n原理和控制方式。給出了開關(guān)磁阻電機的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集 成環(huán)境下，對開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進行了建模、仿真及分析。接著，給出了開關(guān)磁阻控制 系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測電路、 電流檢測

開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計 摘要：開關(guān)磁阻電機（srm）的模型是進行srm的仿真和性能 預(yù)測、控制算法設(shè)計等研究的基礎(chǔ)。該項目所用500?w電機模型是 在matlab平臺下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模 型，并基于該模型，建立了srm仿真系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機模型仿真系統(tǒng)srm 1開關(guān)磁阻電機的建模問題 開關(guān)磁阻電機的非線性使其性能的精確分析和計算較為困難。由 于srm電機的定、轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，電動機在運行時其定、轉(zhuǎn) 子極身存在著顯著的邊緣效應(yīng)和高度局部飽和，從而引起了整個磁路 的高度非線性，其每相繞組的電感是電流和電動機轉(zhuǎn)子位置角的非線 性函數(shù)，很難準(zhǔn)確建立srm電機的非線性電感模型，因此如何建立 比較精確的srm電機的數(shù)學(xué)模型，是國內(nèi)外廣大學(xué)者一直研究的問 題。 2srm模型數(shù)據(jù)的獲取 目前，關(guān)于srm電

開關(guān)磁阻電機(srm)的模型是進行srm的仿真和性能預(yù)測、控制算法設(shè)計等研究的基礎(chǔ)。該項目所用500w電機模型是在matlab平臺下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模型,并基于該模型,建立了srm仿真系統(tǒng)。

通過結(jié)合開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的兩種控制方式——電流斬波控制和角度位置控制,在matlab/simulink的環(huán)境下建立仿真模型,使得開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)速能在0~10000r/min的寬范圍內(nèi)進行平滑調(diào)節(jié)。仿真結(jié)果表明,該仿真模型設(shè)計較為合理,對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)能夠達到預(yù)期效果。

通過對開關(guān)磁阻電機(switchreluctancemotor,簡稱srm)控制系統(tǒng)的研究,提出了一種電流滯環(huán)控制策略,并對其控制系統(tǒng)的硬件和軟件進行了設(shè)計。硬件采用先進的dsp芯片tms320f2812作為控制核心,實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性,通過實驗驗證了基于電流滯環(huán)控制的正確性和可靠性。

提出一種12/8磁懸浮開關(guān)磁阻電機,首先對其工作原理進行介紹,說明該種電機產(chǎn)生的徑向力能夠?qū)崿F(xiàn)軸承的懸浮?；谔摴Ψń⒘似鋢軸方向和y軸方向上徑向力的數(shù)學(xué)模型,并通過解析法與有限元法計算結(jié)果的對比,證明所建立數(shù)學(xué)模型的正確性。重點對于在不考慮轉(zhuǎn)子偏心位置和考慮轉(zhuǎn)子偏心的情況下的電機特性進行分析,磁懸浮開關(guān)磁阻電機的徑向力具有線性的特性并且獨立于轉(zhuǎn)矩電流,因此轉(zhuǎn)矩和徑向力的解耦控制可以實現(xiàn)。

介紹了單神經(jīng)元自適應(yīng)pid算法原理,提出了以單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制算法為核心的四相8/6極開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。以mcs80c196kc單片機作為控制器,對調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件部分進行了設(shè)計,實現(xiàn)了單神經(jīng)元pid自適應(yīng)控制算法在開關(guān)磁阻電機調(diào)速中的應(yīng)用。實驗證明,該控制算法有助于改善開關(guān)磁阻電機的調(diào)速性能。

為抑制開關(guān)磁阻電機(srm)轉(zhuǎn)矩脈動,從電機設(shè)計和控制的角度出發(fā)都需要快速、正確地獲取其磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型。本文根據(jù)srm磁鏈隨角度、電流的變化特點,取6個特殊轉(zhuǎn)子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項式函數(shù)來建立srm磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型,與有限元計算結(jié)果對比表明,所提方法具有快速和準(zhǔn)確性。

基于有限元分析軟件ansys,對三相(6/4)開關(guān)磁阻電動機的二維電磁場進行了系統(tǒng)的分析,計算出電機在不同轉(zhuǎn)子位置角和電流下的磁場分布、磁能和靜特性,為開關(guān)磁阻電動機的設(shè)計、建立非線性模型以及控制策略的研究提供了可靠依據(jù)。

開關(guān)磁阻電機研究的 背景及意義 一、項目目的與意義 開關(guān)磁阻電機設(shè)計及其在礦山機械中的應(yīng)用研究項目屬于《國家 中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中工業(yè)節(jié)能（機電產(chǎn) 品節(jié)能）、基礎(chǔ)件和通用部件的重點支持領(lǐng)域，同時符合《湖南省加 快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)總體規(guī)劃綱要》高效節(jié)能制造產(chǎn)業(yè)中節(jié) 能電機重點發(fā)展領(lǐng)域。 開關(guān)磁阻電動機(srd)調(diào)速系統(tǒng)是基于計算機和電力電子技術(shù)的 控制器及開關(guān)磁阻電動機的新型調(diào)速系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻電動機與微機 智能控制器兩個部分組成。開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)的突出特點是效 率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣、無啟動沖擊電流、啟動轉(zhuǎn)矩大、控 制靈活，此外還具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固可靠、成本低等優(yōu)點。除可以取 代已有的電氣傳動調(diào)速系統(tǒng)(如直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng))外，開 關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)還十分適用于礦山井下機電設(shè)備需要重載啟 動、頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)

在簡要介紹和分析開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(srd)的各個組成部分的基礎(chǔ)上,在matlab/simulink中,分別構(gòu)建了各個部分的仿真模型,并介紹了模塊的功能及工作原理。將每個仿真模型連接構(gòu)成srd的系統(tǒng)仿真模型。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制:速度環(huán)采用pi控制,電流環(huán)采用角度位置控制與電流斬波控制相結(jié)合的方法,保證了開關(guān)磁阻電機(srm)在低速或高速運行時都可獲得滿意的性能。仿真結(jié)果證明了pi調(diào)節(jié)的無偏差速度調(diào)節(jié)的有效性。

針對單極性勵磁時四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的定子磁通沖突問題,把雙極性勵磁方法應(yīng)用于四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機,基于2d有限元建立雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的場路耦合模型,計算雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的電流、轉(zhuǎn)矩及銅耗,并在(r,θ)坐標(biāo)系中細致描述定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心特征區(qū)域的磁密周期性變化規(guī)律,最后應(yīng)用雙頻法分離鐵損獲得鐵心的渦流損耗和磁滯損耗。計算結(jié)果表明,與同等雙極性勵磁的8/6結(jié)構(gòu)雙極性普通開關(guān)磁阻電機相比,8/6結(jié)構(gòu)雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩脈動大,但銅耗減小約32%,鐵耗減小約35%。

開關(guān)磁阻電機(srm)由于其顯著的特點而得到業(yè)界廣泛關(guān)注。但實際應(yīng)用中,srm所占市場份額不多。主要原因是幾乎所有的功率器件集成模塊都是基于變頻器主電路研發(fā)和制造的,srm專用的功率集成模塊幾乎沒有,srm主電路簡單的優(yōu)勢體現(xiàn)不出來。研究基于單個功率模塊的srm系統(tǒng),分析其工作模式、換相情況及應(yīng)用場合。采用單個功率模塊,其驅(qū)動和控制電路在價格上與變頻器相當(dāng),為srm的廣泛應(yīng)用提供了強有力的支持。仿真和試驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性和實用性。

針對開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)器件在工作過程中,會產(chǎn)生大的電磁干擾和大的功率損耗問題,提出了一種基于新型電容分壓并聯(lián)諧振直流環(huán)的功率變換電路拓?fù)?。該電路是在傳統(tǒng)的硬開關(guān)不對稱逆變橋的各開關(guān)器件上并聯(lián)緩沖電容,實現(xiàn)對相開關(guān)的零電壓關(guān)斷;同時,在直流母線上加入一個由二個電感與一個電容為主要組成元件的諧振環(huán),通過對此諧振環(huán)中諧振開關(guān)的合理控制,即可實現(xiàn)對相開關(guān)的零電壓開通及對諧振開關(guān)的零電流或零電壓軟通斷。通過對功率電路工作原理和動作模式過程的分析,得出需滿足的軟開關(guān)條件。具有此諧振環(huán)的軟開關(guān)變換器,有效區(qū)間大、功率損耗小,因而提高了開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的效率和性能。用matlab仿真實驗驗證了此電路的正確性與有效性。

開關(guān)磁阻電機剛性連接壓力機執(zhí)行機構(gòu)時有過載情況發(fā)生。在分析打擊瞬時螺旋壓力機螺桿扭矩的基礎(chǔ)上,提出等強度原則,推出了電機軸側(cè)的扭矩及過載倍數(shù)的計算公式,并給出了過載數(shù)據(jù)。提出解決過載問題的措施,是在剛性傳動時增設(shè)摩擦安全聯(lián)接裝置,能有效避免電機軸過載。結(jié)論對開關(guān)磁阻電機驅(qū)動的壓力機設(shè)計具有重要意義。

提出了一種新型結(jié)構(gòu)無軸承開關(guān)磁阻電機,其結(jié)構(gòu)簡化,運行過程中不需要切換控制繞組,降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。分析了該電機的結(jié)構(gòu)特點和懸浮原理,并基于有限元計算法對新型結(jié)構(gòu)電機和常規(guī)結(jié)構(gòu)電機進行了比較,包括:1)兩種電機在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子徑向氣隙磁密分布、徑向力產(chǎn)生情況以及產(chǎn)生懸浮力的同時對靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩的影響;2)比較了控制繞組通電電流變化時產(chǎn)生徑向力情況及對靜態(tài)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的影響。性能分析及比較結(jié)果表明,新型結(jié)構(gòu)無軸承開關(guān)磁阻電機具有優(yōu)良的懸浮與旋轉(zhuǎn)性能,研究結(jié)果為該電機的進一步建模及運行控制建立了基礎(chǔ)。

磁懸浮開關(guān)磁阻電機(bsrm)的電感矩陣是電機建模的基礎(chǔ),本文提出了基于最小二乘支持向量機(ls-svm)的電機電感辨識建模方法。首先通過對bsrm電感特性的有限元分析,獲得各參數(shù)對電感的影響規(guī)律,然后結(jié)合lssvm在有限樣本數(shù)據(jù)下對高維非線性的逼近能力,離線建立bsrm各種運行工況下的電感模型。另外在建模中,針對ls-svm超參數(shù)選取問題,采用粒子群優(yōu)化算法(pso)對其進行自動尋優(yōu),以提高電感模型精度。最后通過對比仿真研究,表明pso-ls-svm模型能夠準(zhǔn)確反映電機磁飽和下的電感特性,這為bsrm磁飽和模型的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

分析了開關(guān)磁阻電機的數(shù)學(xué)模型,在matlab/simulink環(huán)境下建立了相繞組數(shù)學(xué)模型、電流置換比較環(huán)節(jié)、功率變換電路模型,結(jié)合這幾個模塊在電流斬波控制階段,做了低速重載仿真分析。仿真分析證明此方法的適用性,為sr電機調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計提供了一種方法。

開關(guān)磁阻電機是由功率變換器電路、雙凸極磁阻電機及其控制器組成的新型機電一體化調(diào)速電動機系統(tǒng),其性能優(yōu)越,發(fā)展前景廣闊。