开关磁阻电动机磁链与转子位置间接检测的研究

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1、开关磁阻电动机磁链与转子位置间接检测的研究第1章绪论1.1课题研究背景及意义SRM电机转矩方向只与各相通电顺序有关，与相电流方向无关，使各相绕组与功率开关器件可以采用串联方式，避免了两个功率器件直通的危险；电机各相绕组通电回路独立，旋转时可以缺相运行，容错能力强；能四象限运行，有较强的再生制动能力；具有小电流大转矩，低速性能好，无传统电机起动时出现的冲击电流现象；SRM适合用在电动汽车、轮船和飞机驱动装置上。最后，可控参数多，控制灵活，调速性能好，在宽广的速度和功率范围内都能保持较高效率。这些优良的性能，使SRM系统成为继交流异步电机、直流电机、永

2、磁同步电机之后最有发展前景的驱动系统[4]。SRM的性能可以用其电磁特性进行描述，其中电感、磁链和转矩的模型可以反映出电-磁-力三者的转换关系，磁链是各物理量联系的纽带[5]。磁特性模型是SRM的基本模型，由于其特殊的双凸极结构和磁路饱和性，其电磁特性表现出高度的非线性，在磁特性建模方法中通过理论推导建立准确的解析模型难度比较大，一般采用有限元分析法和实验法建立。有限元分析法计算精度比较高，尤其采用三维有限元分析软件，但计算过于耗时繁琐，计算结果是以表格形式输出的大量数据，应用不便。实验法是先得到电机磁链数据，再采用曲线拟合得到磁链解析表达式，进而

3、得到电感和转矩模型。实验法相对简单易行、测试方便、结果准确，得到的磁链解析表达式易于工程实现[6]。但是测试过程繁琐费时，不适用于磁链在线测试、现场测试和大规模生产产品测试等情况。.......1.2课题相关技术国内外研究现状磁链特性是开关磁阻电机的基本特性，是联系各物理量的纽带。由于SRM本体特殊的双凸极结构和运行时磁路存在的高度饱和特性，造成其磁场分布极其复杂[1]，使得磁链与转子位置角和定子相电流呈现复杂的非线性关系，进而影响到其电感和电磁转矩也是转子位置角和定子相电流的非线性函数关系。相绕组磁链是相电感与其电流的乘积，磁链特性的获得即可得到

4、电感特性，进而得到转矩特性，可实现对电机电-磁-力之间转换的有效控制。因此，精确掌握磁链特性对于SRM本体建模及其优化设计、控制器性能改善及实现无位置传感器位置检测等都具有重要意义[8]。鉴于SRM需要由各相绕组轮流驱动，相电流波形是非规则的脉冲形状，为获得最大输出转矩，电机一般需要运行于磁路高饱和区，使得其电磁关系极其复杂，磁链特性获取困难，磁链特性的检测方法受到了极大关注。现有国内外文献研究表明，电磁仿真软件分析法和实测法是获取SRM磁链特性的主要方法电磁仿真软件分析法主要是使用ANSYS等软件对电机静磁场进行分析建模，通过仿真计算来求取不同转

5、子位置下磁链曲线。二维有限元分析法应用广泛，比较成熟，但因忽略端部的磁场效应，造成特定位置处误差较大；三维有限元法虽然全面考虑了电机的各种因素，提高了准确性，但计算过于耗时繁琐，且对计算机硬件环境要求很高，没有得到广泛的应用。使用电磁仿真软件获得的磁链数据往往还需要实验来验证，因此在磁链特性检测技术中实测法受到了更多的关注。.....第2章开关磁阻电动机磁链特性分析与测试2.1引言磁链特性是开关磁阻电机的基本特性。由于电机特殊的双凸极结构和运行时磁路存在的高度饱和性，造成其磁场分布极其复杂，存在显著的边缘效应、润流效应和局部饱和等情况，使得磁链与转

6、子位置角和定子相电流呈现复杂的非线性关系，进而影响到其电磁转矩也是转子位置角和定子相电流的非线性函数关系。精确掌握磁链特性对于电机本体优化设计、控制器性能改善及实现无位置传感器位置检测等都具有重要意义[7]。开关磁阻电机的磁链特性可通过有限元仿真法或实验测量法得到。有限元分析法是采用有限元分析软件对电机磁场进行静态分析计算来求取不同转子位置下磁链曲线，二维有限元分析法比较成熟，应用广泛，但因忽略端部的磁场效应，造成特定位置处误差较大；三维有限元法虽然全面考虑了电机的各种因素，提高了准确性，但计算过于耗时繁琐，且对计算机硬件环境要求很高没有得到广泛的

7、应用。实验测试法一般通过设计测试电路，测试出电机绕组上的电压、电流信息进行磁链间接计算。实验测试法简单易行、测试方便、结果准确，但测试过程繁琐费时，不适用于磁链在线测试、现场测试和大规模生产产品测试等情况。本节将有限元法和实验测试法相结合，提出一种简单、实用、方便且准确的磁链曲线测试方法，获取开关磁阻电机三维磁链曲线族。.......2.2SRM的结构与电磁方程开关磁阻电机为双凸极结构，由电工桂钢片冲成凸极齿槽状后叠压制成，仅在定子上安装绕组，转子上无绕组。开关磁阻电机是通过磁阻最小原理产生转矩，SRM的磁阻随着转子位置的不同而不同，磁通总是沿着磁

8、阻最小的路径形成闭合回路，由此产生磁拉力形成电磁转矩[2]。由以上分析可以得出：1.开关磁阻电机的基本方程包括电压方程、磁