電磁場(chǎng)計算和分析是對整個(gè)電機設計和性能分析的重要環(huán)節，而開(kāi)關(guān)磁阻電機因其雙凸極結構、磁路的高度飽和，使其磁鏈特性和轉矩特性均為關(guān)于轉子位置角度和繞組電流的高度非線(xiàn)性函數，無(wú)法正常解析，于是通過(guò)有限元分析的方法，得出靜態(tài)特性曲線(xiàn)，用于電機調速控制。
開(kāi)關(guān)型磁阻電動(dòng)機(switchedreluctancemotor，SRM)與現代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)為一體，具有結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、機體堅固、調速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、農業(yè)以及國防等領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。本研究對三相12/8極結構開(kāi)關(guān)磁阻電機進(jìn)行電磁場(chǎng)有限元分析。
      把求解區域分成若干個(gè)簡(jiǎn)單的子區域，這些個(gè)簡(jiǎn)單的部分就稱(chēng)作有限元。通過(guò)變分方法，使得誤差函數達到最小值以產(chǎn)生穩定解，求解偏微分方程邊值問(wèn)題的近似解。電機在用有限元分析時(shí)，因考慮到實(shí)際結構情況，應提前作以下基本假設:1)忽略端部效應，磁場(chǎng)認定為沿軸向均勻分布；2)不考慮外部磁場(chǎng)，認為電機的外殼和軸不會(huì )產(chǎn)生漏磁；3)不考慮交變磁場(chǎng)在導電材料中的渦流效應。根據以上諸條假設，建立開(kāi)關(guān)磁阻電機的Maxwell方程其中：為向量微分算子；μ為磁導率；H為磁場(chǎng)強度矢量；B為磁通密度矢量；J為電流面密度矢量。引入矢量磁勢A，將電流變量和磁變量分離，本文對靜態(tài)磁場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，選取庫倫條件為限定條件，磁勢由旋度和散度唯一確定，磁勢的偏微分方程假定求解區域為Ω，邊界為Γ，n為邊界上的法線(xiàn)矢量。從而求出矢量磁勢A隨坐標的變化，再通過(guò)對電磁場(chǎng)求解后處理，得到所需要的電感、轉矩、磁鏈等數據。
      靜態(tài)仿真根據電機尺寸在Ansoft中繪出二維模型，如圖所示。電機二維有限元模型將模型中各個(gè)區域材料選擇好，整個(gè)求解區域為空氣，繞組線(xiàn)圈為Copper，定子及轉子材料為DW360(一種電機常用非線(xiàn)性特此材料)，而后分別對不同電流和角度下一相進(jìn)行靜態(tài)仿真，仿真設置轉子位置角為0～45°，由于開(kāi)關(guān)磁阻電機的對稱(chēng)性，則分析一個(gè)轉子角可得整個(gè)電機的磁場(chǎng)特性。
      將仿真得到的轉矩和磁鏈數據用Matlab畫(huà)圖表示如下，由圖2可以看出，力矩先是隨著(zhù)轉角度數(橫坐標為機械角度)的增大而增大，達到極大值后，又逐漸減小為0。這說(shuō)明其隨轉子位置的變化符合開(kāi)關(guān)磁阻電機的磁阻最小原理。同時(shí)，力矩的大小還與流過(guò)繞組線(xiàn)圈的電流大小有關(guān)，兩者成正比關(guān)系。由圖3可以看出，磁鏈大小也與流過(guò)繞組線(xiàn)圈的電流大小成正比關(guān)系，而磁鏈大小隨著(zhù)轉子位置角(由上到下依次為電角度180～0°)的變化而變化，轉子越接近平衡位置，磁鏈大小的變化就越緩慢，電流越大磁鏈變化越不顯著(zhù)。
      開(kāi)關(guān)磁阻電機的運行理論與其他電磁式機電裝置沒(méi)有本質(zhì)區別。對于多相SRM，根據電路定律，可以寫(xiě)出第k相電壓平衡方程；Uk為k相繞組電壓；RS為轉子相電阻；ik為k相繞組電流；磁鏈Ψk為繞組電流和轉子位置角θ的函數，可用電感和電流的乘積表示，有限元分析得到的磁鏈、轉矩曲線(xiàn)SRM一相模型(其他各相繞組相差15°)，如圖所示。SRM一相非線(xiàn)性模型其中兩個(gè)Lookup(2-D)為磁鏈和轉矩，的二維查表模塊，將有限元數據輸入，V為繞組兩端測量電壓(實(shí)時(shí))。電機在工作狀態(tài)時(shí)，電流隨電機轉子轉過(guò)角度而變化，通過(guò)受控電流源使模型得到瞬時(shí)電流，并將電氣信號轉換成控制信號。

                                                                                專(zhuān)業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│CAE分析│結構優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司wku3nrfg.cn，轉載請注明出處和相關(guān)鏈接！