基于magnet的三相开关磁阻电动机建模与仿真研究
重辉，罗玲，陈俊硕
（西北工业大学自动化学院，西安71012,9）
摘要：基于m8gnet仿真环境，根据电机的结构参数，建立了三相6/4极开关磁阻电动机(srm)的系统仿真模型。通过仿真分析，得到了电机的磁场分布，静态磁链特性以及稳态运行特性；并用实际研制电机的实验结果对仿真结果进行了验证，仿真结果与实验结果接近，验证了有限元仿真分析结果的正确性。
关键词：开关磁阻电动机；有限元法；magnet软件；仿真
中图分类号：tm352 文献标志码：a 文章编号：1001-6848（2010）02-0023-03
o引 言
开关磁阻电机驱动系统( srd)是由开关磁阻电机本体(srm)、功率变换器、控制器和位置传感器四部分组成。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速型性能优异，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高，是各国研究和开发的热点之一。它兼有异步电动机调速系统和直流电动机调速系统的特点，目前广泛应用于电动车驱动、家用电器、民用工业、航天工业和伺服系统等各个领域，市场发展潜力很大。
开关磁阻电动机磁场分布复杂，磁路周期性变化并存在严重的局部饱和，其设计和性能分析与传统电机差异较大，很难利用等效磁路法分析电机磁场。本文利用magnet对srm样机的磁场分布、静态磁链特性阻及稳态运行特性进行了仿真，给出了一系列对设计及控制系统有一定指导意义
1 系统仿真模型的建立
1.1 srm电机本体模型的建立
利用magnet建立srm的二维有限元模型，建模过程如下：
(1)选择求解平面；
(2)确定电机的结构尺寸，域出模型；
(3)确定电机各部分的材料属性；
(4)确定外加载荷及时间步长等。
本文研宄的srm样机采用三相6/4极结构，定转子材料均为dw310-35，转轴采用10#钢，样机的结构参数和主要性能指标如表l所示。
根据表1的结构参数，在magilet的编辑建模窗口下建立的二维几何模型如图1所示。
定子每槽导体数48，两根直径0.48 mm导线并绕。模型中定转子间的圆将气隙分为定子静止气隙和转子旋转气隙两部分。
1.3功率变换器与位置检测建模
图3为建立的不对称半桥结构三相srd功率变换器主电路。
以a相为例，该拥有两个主开关pcsl、pcs4及续流二极管dl、d4。其中主开关管pcsl、pcs4是同时导通和关断的。当pcsl、pcs4导通时，dl、d4截止，电源u加至a相两端；当pcsl、pcs4关断时，a相绕组产生正向变压器电动势，则dl、d4导通，电流通过di、d4及储能电容cl续流。主开关用magnet的位置开关来实现，通过预先设置各位置开关的导通、关断位置就可以为功率变换器提供正确的换相信息。
本文中a相开关管开通角为0度，关断角为28度，开通关断周期为90度。b、c两相开关管开通角分别与a相相差30度和60度，周期与a相相同。
2有限元仿真结果
2.1求解后的磁场及磁密分布
在srm的磁化曲线中，有四个转子位置的磁化曲线是至关重要的。一旦获得这四个位置下的磁化盐线，则可以快速而精确地拟舍出其它转子位置下的磁化曲线，计算出srd的各项性能。这四个位置是：转子极间中心线与励磁极中心线对齐位置θu；转子极前沿与励磁极前沿对齐位置θ1；转子极前沿与励磁极中心线对齐位置θhr；转子极中心线与励磁极中心线对齐位置θa。
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