开关磁阻电机有限元分析及调速系统仿真
基于SIMULINK的开关磁阻电机调速系统的建模与仿真_孙剑波
1 引言
开关磁阻电机 (Sw itched Reluctance Moto r , 简 称 SRM)是 80 年代兴起 , 并得到迅速发展的一种 新型调速电机 。 开关磁阻电机的运行遵循“磁路 磁阻最小”原理 , 是磁阻电机与电力电子开关电路 及电子控制器所组成的机电一体化设备 , 不仅保 持了交流感应电机的结构简单 、坚固可靠的优点和 直流电机良好的可控性 , 还具有交流调速系统和 直流调速系统所达不到的价格低 、效率高和适应能 力强等优点 。 是现代传动系统中强有力的竞争者 , 具有广阔的发展前景 。
在 SIM UL INK 下 实现 速 度 、电 流双 闭 环 的 SRD 调速系统的模型如图 4 所示 。 速度环采用传
统的 PI 调节器 , 电流环采用滞环比 较器 。 图中 :位置检测 模块是一 个 M -FUNCT ION , 它的输入为 A 相 转子位置角 、开通角和关断角 ;它的 输出为三路 转子位置检测信号 。 VSRM 模块表示封装好的开关磁阻 电机模型 , 它可以象 SIM ULINK 模 型库中的其 它电机模型 一样 , 直 接 用 IGBT 与其相 接以 构成 主电路 , 因此除了可以仿真电机的运行性能 以外 , 还可以仿真主 电路的工作 情 况 。图 5 显示了 VSRM 模块的内部 结构 。 它是通过三个电压检测模块 检测出电机 的三相相电 压 , 然后 将 相电压 和负载 转矩一起 送入 SRM
Sy stem , 2001 , 37(3) [ 4] 杨静等 .基于 M A T LAB 的开 关磁阻 电动机 建模与
仿真[ J] .江苏理工大学学报 , 2000, (3)
开关磁阻电机的三维有限元分析
限元 分析 。基 于整 体建模 的方 法 ， 利 用 三维 有限元 数值 进行 分析 计 算 ， 准 确 描 述 开关 磁 阻 电机 的端部 磁 场 效应 。在 三 维 有 限元 分析 加载 电 流时 ， 提 出了“ 跑道 线 圈” 这一 概念 。该概 念在 考虑 了端 部效 应 的 同时 ， 也解 决 了立 体 模 型施 加载 荷 时 出现 的方 向 选择 困难 的 问题 。采 用通 用磁 标势 法对 非线性 方程 组进 行求 解 ， 得 出了最大 电感 和最 小 电感位 置处 的磁感 应强 度 和磁场 强度分 布 。 关键 词 ：开关 磁 阻电机
丝春 穹
互艳 ｊ ｉ ｆ 关春 信 李欣 欣
１ ６ ３ ７ １ ２ ）
（ 大 庆师 范 学院物理 与 电气信 息工 程学 院 ， 黑龙 江 大庆
摘
要 ：为 了解决 二维 有限元 分析 开关 磁阻 电 机磁场 不准 确 的问题 ， 采 用 了三 维建 模 方 法 ， 对 开关 磁 阻 电机 的 整个 场 域进 行 三 维 有
开关磁 阻电机 的三维有 限元分析
熊春字 ， 等
开关 磁阻 电机 的三维有 限元分析
Ｔｈ ｒ ｅ ｅ — ｄｉ ｍ ｅｎ ｓ ｉ ｏｎ ａ ｌ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍ ｅｎ ｔ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ Ｒｅ ｌ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ Ｍｏ ｔ ｏｒ
ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ．Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ。ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｉｃ ｆ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ａ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｕ ｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｌ ａ ｒ ｐｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ。 ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉｂ ｒ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎｓ ｉ ｔ ｙ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｎｄ ａ ｍｉ ｎ ｉ ｍｕｍ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｏｕ ｆ ｎ ｄ．
开关磁阻电机调速系统仿真设计
开关磁阻电机调速系统仿真设计摘要：开关磁阻电机（SRM）的模型是进行SRM的仿真和性能预测、控制算法设计等研究的基础。
该项目所用500?W电机模型是在MATLAB 平台下基于SRM的物理特性所建立的SRM查找表模型，并基于该模型，建立了SRM仿真系统。
关键词：开关磁阻电机模型仿真系统SRM1 开关磁阻电机的建模问题开关磁阻电机的非线性使其性能的精确分析和计算较为困难。
由于SRM电机的定、转子采用双凸极结构，电动机在运行时其定、转子极身存在着显著的边缘效应和高度局部饱和，从而引起了整个磁路的高度非线性，其每相绕组的电感是电流和电动机转子位置角的非线性函数，很难准确建立SRM电机的非线性电感模型，因此如何建立比较精确的SRM电机的数学模型，是国内外广大学者一直研究的问题。
2 SRM模型数据的获取目前，关于SRM电机建模的方法主要有有限元分析法、等效磁链法、查表插值法、人工智能法以及函数逼近法等。
本模型数据的获取采用改进的“DC脉冲测试法”测得0～22.5?°某固定角度的电压与电流值，由电流方程积分求得电流-角度-磁链数据，接着由机电方程计算得出电流-角度-转矩数据。
经过神经网络平滑处理并整理得到电流表与转矩表。
3 电动仿真系统搭建对于一个实际SRM系统，其运行时存在多种非线性因素，如功率开关的导通压降，关断漏电流，电机的铁耗等。
精确模拟上述非线性特性非常困难，并且仿真模型将变得十分复杂。
因此，在仿真研究中一般均忽略上述因素对SRM的影响。
为简化分析，在本文的SRM仿真模型建立中进行如下假设：（1）母线直流电压与设定值严格相等，没有波动；（2）功率变换器各开关器件均为理想开关，即导通时压降为零，关断时电流为零；（3）忽略铁耗和相间互感。
根据电机物理特性方程和获取的查找表构建SRM本体模型，并和其它模块一起共同构成了SRM仿真系统。
本系统模型采用逻辑模块与数学模块搭建，主要包括以下几个模块：控制模块，角度变换模块，SRM本体模块。
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真在开关磁阻电机调速系统中，主要包括开关磁阻电机、功率电子器件
和控制算法三个主要部分。
其中，开关磁阻电机由转子和定子组成，通过
改变定子和转子之间的磁阻能够实现转速的调节。
功率电子器件用于控制
电机的输入和输出电力，常用的有IGBT、MOSFET等。
控制算法主要用于
实现对电机的调速控制，常用的方法有PID控制、模糊控制等。
在进行MATLAB仿真时，需要建立相应的数学模型。
首先需要将电机
的转动方程和电磁方程建立起来，然后根据电机的特性进行参数设置和仿
真实验设计。
可以通过MATLAB的仿真工具箱来实现对开关磁阻电机调速
系统的仿真，该工具箱提供了丰富的函数和算法，能够方便地进行系统建
模和仿真。
在进行仿真实验时，可以通过改变不同的参数来观察系统的动态响应。
例如，调整PID控制器的参数以改变电机的调速性能，通过观察电机的转
速和转矩变化情况来评估调速系统的性能。
同时，还可以分析电机控制系
统的稳定性、鲁棒性等，并对系统进行优化。
总之，开关磁阻电机调速系统的研究和MATLAB仿真是提高电机性能
和控制精度的重要手段。
通过建立数学模型和进行仿真实验，可以对系统
进行分析和优化，为实际应用提供参考和指导。
同时，也为开关磁阻电机
的进一步研究和应用奠定了基础。
开关磁阻电动机调速系统建模与仿真研究
确研究 Ｓ Ｄ的 动 、静 态 特性 ，必 须 对 Ｓ Ｍ、功率 Ｒ Ｒ
１ 数 学模 型
为精 确 计 算 各 相 绕 组 的 电流 、磁 链 及 转 矩 ， 本文 没有 采 用 电感 分 段 线 性 化 的 方法 ，而 是 利用 二维 有 限元 电磁 场 计算 方法 获 得 了 Ｓ Ｍ 的磁 化 曲 Ｒ 线簇 ，然后 在 Ｍａａ ｔ ｂ中编 制 ｍ 函数 ，应 用 二 维插 ｌ
ＫＥ ＯＲ ：Ｓ Ｍ；Ｍａ ａ／ ｉ ｕｉｋ ＹＷ ＤＳ Ｒ ｔ ｂ Ｓｍ ｌ ；Ｍｏ ｅ； Ｓ ｅｄａｊｓｎ ｙｔ ｌ ｎ ｄ ｌ ｐｅ ｄｕｔ ｇｓｓ ｍ ｉ ｅ
建 出开 关 磁 阻 电机 调 速 驱 动 系 统 的 非 线 性 模 型 ，
Ｉ 引 吾 Ｊ
由于 Ｓ Ｍ 的 双 凸 极 结 构 ，系 统 非 线性 严 重 ， Ｒ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ ： Ｕｎ ｅ ｔａ ／Ｓ ｍｕ ｉ ｋ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ， ｔｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｂ ｏ ｋ ｌｂ ａ ｙ ｗａ ｒｔｙ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ， ｄ ｒＭａｌｂ ｉ ｌｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｈ ｉ ｌ ｔ ｌｃ ｉ ｒ ｒ ｓｆ ｓｌ ｓａ ｌｓ ｅ ｏ ｉ
维普资讯
微 电 机
中图分类号 ：Ｔ ５ Ｍ３ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１０ －８８ ２０ ）１０７ ．３ ０ １ ４ （０ ８ ０ ．０ ３０ ６
开 关磁 阻 电动 机调 速 系统 建模 与仿 真 研 究
吴会琴 ，刘 国海 ，张 辑
Ｗ Ｕ Ｈｕ —ｉ Ｌ Ｕ Ｇｕ —ａ Ｚ ｉ ｎ ， Ｉ ｏｈ ｉ， ＨＡＮＧ Ｊ ｑ ｉ
（ ．Ｊ ｎ ｓ ｎｖｒ ｔ，Ｚ ｅ ｇ ａｇ２ ２ １ ，Ｃ ｉａ １ ｉ ｇｕＵ ｉｅｓｙ ｈｎ ｊ ｎ １０ ３ ｈｎ ； ａ ｉ ｉ
基于最优开通角的开关磁阻电机调速系统建模与仿真
基于最优开通角的开关磁阻电机调速系统建模与仿真张正苏【摘要】开关磁阻电机驱动系统（S RD ）是一种广泛应用于工业技术领域的新型电动机驱动系统，如何对其建立精确的非线性模型是其高性能得以实现的必要前提。
应用 Ansoft Maxwell有限元分析软件，经计算获得开关磁阻电机（SRM ）的静态电磁特性，在此基础之上，针对开关磁阻电机驱动系统（SRD）进行建模并通过Matlab软件平台进行仿真。
采取固定关断角、选取最优开通角的控制策略进行S RD系统仿真，针对不同设置模式下的仿真结果对比分析，为后续的S RD实验测试环节完成前期的必要准备。
%Switched reluctance motor speed control system is a new type of motor drive system applied to the field of industrial technology ,and a wide range ,accurate nonlinear model is very important for the high performance of SRD . In this paper , finite elementis used to analyze and calculate the static electromagnetic characteristicsof SRM .Based on this ,the nonlinear model of SRD is established and the simulation is realized by the use of Matlab software platform .Turn‐off angle is fixed and the opening angle is variable .Under the control strategy in this paper ,the simulation results of different mode are analyzed in detailed ,and the data of future SRD experimental test is predicted effectively ,which will have a certain reference value for theoretical research and practical application .【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P37-42)【关键词】SRM;电磁特性;建模仿真;开通角;关断角【作者】张正苏【作者单位】黑龙江工程学院电气与信息工程学院，黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】TM352开关磁阻电机（SRM）是20世纪80年代中期随着电力电子技术、微型计算机技术和现代控制理论的迅猛发展而发展起来的一种新型机电一体化产品，是调速领域的一个新分支。
15 kW开关磁阻电机调速系统仿真与测试
15 kW开关磁阻电机调速系统仿真与测试
徐新明;卞永明;杨濛;戴松贵
【期刊名称】《自动化仪表》
【年(卷),期】2015(036)012
【摘要】开关磁阻电机因结构简单、成本低等特点而具有代替电力驱动系统中现
有电机的潜力.介绍了开关磁阻电机的结构与运行原理,在Simulink中对电机的转
速响应、转矩响应进行仿真.搭建电机测试台架,对15 kW电机进行了静态和动态
的试验,得到测试电机的特性测试曲线及效率.仿真与试验结果表明,测试电机对转速、转矩响应性能优秀,效率最高达到88％,同时开关磁阻电机在低转速下转矩波动大.
仿真模型真实反映了开关磁阻电机调速系统,具有一定的实际指导意义.
【总页数】6页(P23-27,30)
【作者】徐新明;卞永明;杨濛;戴松贵
【作者单位】同济大学机械与能源工程学院,上海201804;同济大学机械与能源工
程学院,上海201804;同济大学机械与能源工程学院,上海201804;上海同新机电控
制技术有限公司,上海200949
【正文语种】中文
【中图分类】TP27;TH6
【相关文献】
1.基于Simulink的开关磁阻电机调速系统仿真研究 [J], 陈世军;查长礼;王陈宁
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3.基于 Simulink 的三相开关磁阻电机调速系统仿真研究 [J], 孙心岑;张广明;黄峰;梅磊;王德明
4.开关磁阻电机高性能闭环调速系统仿真 [J], 罗金盛
5.基于MATLAB的开关磁阻电机调速系统仿真 [J], 边惠惠; 王兰军; 陈华
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基于Matlab开关磁阻电机模型的调速系统仿真
Ｓｐ ｅ ｖ ｒ ｉｇ Ｓ ｓｅ Ｓｉ ｕａ ｉｎ ｏ ｗｉ ｈ ｄ ｅ ｄ Ｇｏ ｅ ｎｎ ｙ ｔ ｍ ｍ ｌｔ ｆＳ ｔ ｅ ｏ ｃ
Ｋ ｙ ｏｄ ： Ｓ Ｄ （ ｗｔｈ ｄＲ ｌｃ ｎｅＤ ｖｒ） ｓｅｄ ｇｖ ｒｉｇ ｅ ｗ ｒｓ Ｒ Ｓ ｉ ｅ ｅｕｔ ｃ ｒ ｅｓ ； ｐ ｅ ｏｅｎｎ ；Ｍａ ａ ｉ ｕａ ｏ ｃ ａ ｉ ｔ ｂ ｓ ｌｔ ｎ ｌ ｍ ｉ
０ 引 言
法仿真效果并不理想。本文介绍 Ｍ ｔ ｂ ． ａａ７ ６中自带 ｌ 的 Ｓ Ｍ 电机模 型 ， 后 建立 调速 系统 的结 构 图 ， Ｒ 最 得 到了最后的仿真 曲线 。
３ ０・
煤
矿
机 电
２１ ０１年第 ５期
＝
． 卢 ， ・ 警＋ ＋
（ ４ ）
式 中 ，４ 分别 为 Ｓ Ｍ 转动 惯量 和摩擦 因数 。 Ｊ３ Ｒ
２ Ｍａｌｂ仿 真模 型 ｔ ａ 在 Ｍａ ａ７ ６Ｓｍｕｉｋ的 Ｓｍ ｏ ｅＳｓ ｍ 库 的 ｔ ｂ ． ｉ ｌ ｌ ｎ ｉ Ｐ ｗ ｒｙｔ ｓ ｅ Ｍａｈｎ ｓ ， Ｓ ｉ ｈ ｄｒｌｃａｔｍ ｔ 模 型 ， 关 ｃ ｉｅ 中 有 ｗ ｔ ｅ ｅ ｔ ｏｏ ｃ ｕ ｎ ｒ 开 磁 阻电机设 备 界 面见 图 ２ 。双击 该 模 型 ， 分别 为 电
１ 开 关磁 阻 电机 的基本数 学 方程
开关 磁 阻电机 （ｗｔｈｄＲ ｌｃ ｎｅＭｏｏ， 称 Ｓ ｉ ｅ ｅ ｔ ｃ ｔ 简 ｃ ｕａ ｒ Ｓ Ｍ） Ｒ 结构 简单 坚 固 ， 一 种应 用前 景 广 阔 的 电机 ， 是 但其定 转 子特 殊双 凸极 结 构 ， 成 了磁路 的非 线 性 造 引起 了许 多 问题 。图 １是 四相 （／ ） 构 开关 磁 阻 ８６ 结 电机 的截 面 图 ， 定 转 子 双 凸极 结 构 中 ， 子 无 绕 在 转 组 ， 子极 上有 集 中绕组 ， 定 而且 绕组 相 互 串联 ， 成 形 Ａ、 Ｃ、 Ｂ、 Ｄ四相 绕组 。