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开关磁阻电机是近年来随着电力电子技术和控制技术的发展而诞生的一种特种电机,并以其结构简单、坚固、成本低廉、起动转矩大、效率高等优点,在许多领域得到了广泛的应用。利用电机电磁场理论和有限元法进行开关磁阻电机磁场分析与计算,在其研究中占据至关重要的地位,它是整个电机设计和运行性能分析的基础。由于开关磁阻电机结构与传统的交直流电机具有很大的差别,加之其显著边缘效应及高度的过饱和特性,以路的观点进行电机性能的理论分析便显出很大的局限性;相反地,以场的观点,全面、系统地分析电机性能,以便进行电机设计、性能分析及仿真计算,便显示出极大的优越性。
本论文以开关磁阻电机电磁场的有限元分析为主题开展研究工作,在系统总结电机电磁场以及工程电磁场数值计算理论的基础上,基于工程电磁场有限元分析软件Ansoft,采用全场域的分析方法,对开关磁阻电机的磁场分布、静态特性等进行了大量的仿真分析与研究。一方面得出了开关磁阻电机在几个典型转子位置下的磁场分布图,并据此总结了电机内磁场的分布规律;另一方面绘制出了开关磁阻电机的非线性磁化曲线族,即ψ-θ-I 关系曲线、电感曲线和静态转矩曲线等静态特性曲线。
此外,本论文还分析了开关磁阻电机的稳态温升,建立了其等效磁网络模型,并对开关磁阻电机的稳态特性进行了仿真研究,计算出了电机在稳态运行情况下的相电流、磁链以及动态转矩等曲线。同时,针对开关磁阻电机运行过程中存在转矩脉动的缺点,本论文还讨论了其减振降躁的一些具体措施。
由仿真结果可知,本论文所建立的开关磁阻电机二维有限元分析模型计算出的性能参数是比较准确可靠的,同时也说明本论文所提出的等效磁网络模型对SRM稳态特性的研究具有较高的精度,从而为对开关磁阻电机的工作原理和内部电磁关系作系统而详细的分析,研究其工作特点和内在规律,对开关磁阻电机性能校核与稳态特性研究以及进行有效的电机电磁设计工作提供了可靠的依据。