基于magnet的三相開關磁阻電動機建模與仿真研究
重輝，羅玲，陳俊碩
（西北工業大學自動化學院，西安71012,9）
摘要：基于m8gnet仿真環境，根據電機的結構參數，建立了三相6/4極開關磁阻電動機(srm)的系統仿真模型。通過仿真分析，得到了電機的磁場分布，靜態磁鏈特性以及穩態運行特性；并用實際研制電機的實驗結果對仿真結果進行了驗證，仿真結果與實驗結果接近，驗證了有限元仿真分析結果的正確性。
關鍵詞：開關磁阻電動機；有限元法；magnet軟件；仿真
中圖分類號：tm352 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848（2010）02-0023-03
o引 言
開關磁阻電機驅動系統( srd)是由開關磁阻電機本體(srm)、功率變換器、控制器和位置傳感器四部分組成。它的結構簡單堅固，調速范圍寬，調速型性能優異，而且在整個調速范圍內都具有較高的效率，系統可靠性高，是各國研究和開發的熱點之一。它兼有異步電動機調速系統和直流電動機調速系統的特點，目前廣泛應用于電動車驅動、家用電器、民用工業、航天工業和伺服系統等各個領域，市場發展潛力很大。
開關磁阻電動機磁場分布復雜，磁路周期性變化并存在嚴重的局部飽和，其設計和性能分析與傳統電機差異較大，很難利用等效磁路法分析電機磁場。本文利用magnet對srm樣機的磁場分布、靜態磁鏈特性阻及穩態運行特性進行了仿真，給出了一系列對設計及控制系統有一定指導意義
1 系統仿真模型的建立
1.1 srm電機本體模型的建立
利用magnet建立srm的二維有限元模型，建模過程如下：
(1)選擇求解平面；
(2)確定電機的結構尺寸，域出模型；
(3)確定電機各部分的材料屬性；
(4)確定外加載荷及時間步長等。
本文研宄的srm樣機采用三相6/4極結構，定轉子材料均為dw310-35，轉軸采用10#鋼，樣機的結構參數和主要性能指標如表l所示。
根據表1的結構參數，在magilet的編輯建模窗口下建立的二維幾何模型如圖1所示。
定子每槽導體數48，兩根直徑0.48 mm導線并繞。模型中定轉子間的圓將氣隙分為定子靜止氣隙和轉子旋轉氣隙兩部分。
1.3功率變換器與位置檢測建模
圖3為建立的不對稱半橋結構三相srd功率變換器主電路。
以a相為例，該擁有兩個主開關pcsl、pcs4及續流二極管dl、d4。其中主開關管pcsl、pcs4是同時導通和關斷的。當pcsl、pcs4導通時，dl、d4截止，電源u加至a相兩端；當pcsl、pcs4關斷時，a相繞組產生正向變壓器電動勢，則dl、d4導通，電流通過di、d4及儲能電容cl續流。主開關用magnet的位置開關來實現，通過預先設置各位置開關的導通、關斷位置就可以為功率變換器提供正確的換相信息。
本文中a相開關管開通角為0度，關斷角為28度，開通關斷周期為90度。b、c兩相開關管開通角分別與a相相差30度和60度，周期與a相相同。
2有限元仿真結果
2.1求解后的磁場及磁密分布
在srm的磁化曲線中，有四個轉子位置的磁化曲線是至關重要的。一旦獲得這四個位置下的磁化鹽線，則可以快速而精確地擬舍出其它轉子位置下的磁化曲線，計算出srd的各項性能。這四個位置是：轉子極間中心線與勵磁極中心線對齊位置θu；轉子極前沿與勵磁極前沿對齊位置θ1；轉子極前沿與勵磁極中心線對齊位置θhr；轉子極中心線與勵磁極中心線對齊位置θa。
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