计及端部效应的开关磁阻电机电磁性能有限元分析

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开关磁阻电机(简称SR电机)结构简单、系统运行可靠,调速控制方便灵活等诸多特点,同时其铁心的磁通波形也非常复杂,损耗中尤其铁耗计算较为困难。随着SR电机在更多领域的广泛的应用,对SR电机本体电磁、铁耗的准确计算和研究就显得更为重要。因此,本文以开关磁阻电机传统二维电磁场计算中忽略端部效应问题和铁耗计算问题为研究对象,进行了一系列的理论计算研究和分析。   首先本文根据开关磁阻电机性能及其系统的结构特点,搭建了控制系统的整体模型,在电磁场基本理论的基础上,通过引入了端部漏感来建立电机磁场方程和主控制电路耦合模型,进而考虑了SR电机的端部效应,采用二维有限元法对角度位置控制下的SR电机的电磁场进行了数值研究。并以一台三相12/8极开关磁阻电机为例,得到了该SR电机的电磁转矩、相电流波形以及磁链等参量的变化曲线,最后把数值计算的结果和实测数据进行比对分析,得到了一些有效的相关结论。   其次通过对SR电机三维电磁瞬态场进行了有限元的数值计算,得到了SR电机铁心各部分磁密的分布情况。通过对其分析,按各处磁密的不同划分为不同的区域,为后面的铁耗分区域计算提供了理论依据。   最后本文结合前面SR电机内磁场的数值计算和分析,采用常系数三项式模型,基于时步有限元法对SR电机定、转子齿部和轭部的铁耗进行了计算,同时又根据磁密的分布规律划分了不同的区域,对其不同区域的磁密进行了谐波分析,然后分别得到了各个区域的铁心损耗,将这两种方法计算结果进行分析和比对,验证采用时步有限元法计算SR电机铁耗切实可行。得出了一些关于SR电机铁耗分布情况的有益结论,也为SR电机进一步温升计算和结构优化奠定了基础。
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