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基于JMAG-Studio的开关磁阻电机场路直接耦合分析.doc

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2006 年 CDAJ 中国用户论文集 基于JMAG-Studio的开关磁阻电机场路直接耦合分析 周强 朱学忠 刘闯 南京航空航天大学自动化学院航空电源重点实验室 - 1 - 2006 年 CDAJ 中国用户论文集 基于JMAG-Studio的开关磁阻电机场路直接耦合分析 Direct Coupled Field-Circuit analysis of Switched Reluctance Motorbased on JMAG-Studio 周强 朱学忠 刘闯 南京航空航天大学自动化学院航空电源重点实验室 摘 要: 本文介绍了电磁场有限元分析软件 JMAG-Studio 的基本原理和功能特点。基于 JMAG 软件强大的二维瞬态场分析功能和耦合分析功能,对开关磁阻电机进行直接场路耦合 的二维瞬态场分析。该方法考虑了电机磁场饱和以及若干相同时激励时相间互感所带来的影 响,提高了仿真精度。通过仿真和实验的对比,证明了该方法的正确性。 关键词: JMAG-Studio 开关磁阻电机 有限元分析 瞬态分析 场路耦合分析 Abstract:ThebasicprincipleandfunctioncharacteristicsofJMAG-Studiosoftware of Finite-element Analysis in Electromagnetic Fields are introduced in this paper. Based on the powerful function of 2D transient analysis and coupled analysis of JMAG-Studio, A direct field-circuit coupled model combined with 2D transient analysis is presented to analysis the switched reluctance motors. Magnetic saturationofthemotorandtheeffectsofmutualcouplingbetweenmotorphasescould be considered in this method. The comparison and analysis of the numerical and measured results indicates the validity of the method proposed in this paper. Keywords: JMAG-Studio,Switched Reluctance Motor,Finite Element Analysis, Transient Analysis, Coupled Field and Circuit analysis 1.引言 开关磁阻电机(Switched reluctance motor,以下简称SRM) 是随着现代电力电子技 术、控制技术以及数字计算机技术的发展在上世纪八十年代出现的一种新型调速电机。它具 有结构简单,可靠性好、控制方式灵活、调速性能优越等许多优点,因此应用潜力巨大,可 应用到工业生产的各个领域[1]。但它也是一个非线性、时变、强电磁耦合的多变量系统,与 功率变换器、控制器之间存在强耦合的关系,这给SRM以及整个系统的设计、分析和控制参 数的优化带来很多困难。 SRM 的电磁特性可用反映电机相绕组磁链Ψ、转子位置角θ和相绕组电流i三者之间关 系的电机磁化曲线簇ψ = f (i,θ) 来描述。根据绕组磁链的不同表述形式,描述SRM的数学模型 可分为电参数法[2]、磁参数法[3-5]和场路耦合法[6-9]等3种。其中电参数法和磁参数法算法简单、 - 2 - 2006 年 CDAJ 中国用户论文集 运算量小,但二者对SRM非线性、复杂的相间耦合及磁场局部饱和难以准确模拟。为了获得精 确的电机运行特性,建立SRM的磁场模型和功率电路模型,将电机磁场模型满足的非线性泊 松方程与功率电路模型所满足的非线性电网络方程进行联立求解,并计及电机转子的运动, 这就是场路耦合分析法。由于在SRM系统中,电机绕组的激励源为电压源,定子绕组的电流 在瞬态仿真中是未知的,根据定子绕组电流的获得方法,场路耦合分析法一般分为两类 [10]。 一类为间接的场路耦合,其中包含两种方法,第一种方法先假设一个电流初值,据此计 算磁场有限元方程组,求出定子绕组的等效电路集总元件参数,再求解电机等效电路方程, 与电流初值比较,进行反复迭代求解。由于迭代法需要多次计算磁场有限元方程组,非常耗 费时间,且收敛较慢。第二种方法是先对磁场模型进行静态有限元仿真,得到电机磁化曲线 簇ψ =
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