开关磁阻电机建模与仿真_开题报告

1.研究意义、预期目标

开关磁阻电机(Switched Reluctant Motor，SRM)凭借其结构简单、可靠性高、成本低、控制灵活、运行效率高等诸多优点，被视作电气传动发展中的又一里程碑。它特别适用于条件恶劣环境和超高速场合，而且调速范围广。近年来，随着电力电子行业的不断创新，促使电机控制跳跃式发展。开关磁阻电机作为一种新型调速系统，综合了交流调速系统的坚固耐用和直流调速的控制灵活，具有很大的市场应用前景和研究价值。然而由于自身的结构特点和电磁的非线性复杂关系，加大了SRM的研究工作的难度。本文拟主要从电机数学模型、电机电磁特性、电机调速系统等方面出发，系统地论述开关磁阻电机研究工作，为后续的研究提供参考。

2.国内外研究现状

近几十年来，虽然经过科研人员的不断努力和国家的大力扶持，开关磁阻电机调速系统地研究工作取得了一定成果。但是作为一种新型系统其研究工作还存在许多问题，有待进一步开展研究与完善工作。开关磁阻电机调速系统自身的不足和缺点主要表现在以下几个方面：

(1) 磁阻式电机的能量转换密度低于传统电磁式电机。

(2) 开关磁阻电机工作时的转矩脉动系数大，由此导致的噪声问题和谐振问题尤为突出。

(3) 开关磁阻电机的相数越多，绕组接线越复杂。但是只是减少相数，可能对电机的工作性能有较大影响，因此存在优化设计问题。

(4) 与笼型异步电机相比，开关磁阻电机在并网运行时必须配合闭环控制，实现电机的稳定工作。

(5) 系统稳定运行时需要位置闭环控制，而位置传感器的引入使得电机结构更加复杂，加大了调试工作的难度。同时，位置传感器精度的选择上，对系统运行性能的影响也较大。

针对以上所表述的问题，目前国、内外有关开关磁阻电机调速系统地研究热点主要有： 

(1) 需要进一步完善开关磁阻电机的本体设计理论，争取研制出一套效率高且满足实际工程需求的系统。本体结构参数的优化设计可以改善电流的波形，减小转矩脉动系数，进而可以改善电机噪声和谐振问题。同时，在电机出力和SRD系统地功率因数等方面都有所提高。 

(2) 目前，在电机电磁特性分析时大多采用二维非线性有限元分析方法，这种方法在对电机的端部效应处理上计算精度不够。同时，电机数学模型推导过程中应充分结合“场路”设计方法。由电机内部磁场复杂的耦合关系，使得在电机仿真模型建立时无论是采用线性分析还是非线性计算都需要做假设处理。同时，在电机建模方法上到现在还没有寻求出最为精确的方法，这也直接影响到仿真结果的准确性。建立电机静态及动态仿真模型的方法仍处于探索阶段，还有较大的提升空间。

(3) 目前，有关电机铁芯损耗的参考文献还很少，这方面的理论知识仍需深入研究。电机磁场的高度非线性导致定、转子铁芯损耗的计算和测量都很困难。如何建立准确、实用的铁芯损耗计算模型和分析、测试方法是当前亟待解决的问题。

(4) 加强对转矩脉动及噪声的理论研究，提高电机的功率因数。减小电机的振动和噪声的关键在于如何减小作用在定子上的径向力。电机在运行时并不能保证转子和定子的圆心时时都重合，不重合时使得气隙磁场分布不均匀，产生作用在定子上的径向力，引起定子变形，加大电机的振动和噪声。为了解决这个问题，主要从电机本体优化设计和控制参数优化设置两方面入手。

(5) 降低开关磁阻电机转矩脉动系数。转矩脉动系数大是电机运行中最主要的缺点，因此如何控制电机获得最优电流波形以便减小转矩波动成为当今最主要的研究方向。

此外，关于如何用去掉位置传感器，直接利用电机绕组的电压和相电流数据间接推导转子位置，也是一个非常有潜力的研究方向。位置传感器去掉后不仅避免了位置检测所带来的误差，而且简化了电机结构使得系统更加坚固，提高了电机运行的可靠性和效率，降低了生产成本。

3、研究的主要内容和采用的方法、步骤：

(1) 利用有限元软件对SRM的电磁特性进行分析，主要针对磁场分布、矩角特性、自感及互感等方面进行分析计算。同时，针对绕组间不同绕线方式，就可靠性和转矩脉动等方面，将传统SRM与双通道SRM作对比分析。

(2) 利用有限元分析软件和MATLAB/SMULINK仿真软件，针对SRM的模型建立和控制方法做分析研究。在电机本体模型建立方面，本文主要采用两种建模方法：基于查表法建立SRM的非线性电感模型和基于场路联合方法建立电机本体模型。其中场路联合建模方法摒弃传统SRM建模方案的复杂度，充分利用有限元分析软件使得电机本体仿真模型更加贴切实际情况，并在MATLAB/SMULINK环境下实现电机的动态仿真分析，这为后续电机控制研究奠定了基础。针对转矩脉动问题，本文系统地分析采用不同控制方案对电机工作性能的影响，为后续硬件电路的设计提供了技术支持。

二、^范文提纲

前言

1  开关磁阻电机概述

1.1  开关磁阻电机的发展概况

1.2  开关磁阻电机的结构特点及性能优化

2  开关磁阻电机的电磁特性分析

2.1  SRM电磁特性分析的常用方法

2.2  SRM有限元模型的建立

2.3  SRM磁场分析

2.2.1  单相励磁时的磁场分布

2.2.2  单相励磁时的矩角特性

2.4  绕组间不同连接方式对比分析

2.4.1  双通道SRM结构

2.4.2  自感及互感计算分析

2.4.3  转矩脉动分析

2.4.4  可靠性分析

3  开关磁阻电机建模及仿真分析

3.1  SRM非线性模型的建立

3.1.1  基于查表法建立SRM的非线性电感模型

3.1.2  基于JMAG-SIMULINK 的联合仿真建模法

3.2  SRM控制方法研究

3.2.1  电流斩波控制

3.2.2  角度位置控制

3.2.3  直接转矩控制

3.2.4  转矩分配控制

3.3  仿真结果分析

3.2.1  CCC仿真结果

3.2.2  DTC仿真结果

3.2.3  基于TSF的仿真结果

结束语

参考文献

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