开关磁阻电机的三维有限元分析及非线性研究《电气自动化》2012年第34卷第6期ElectricDrive&AutomaticControl熊春宇，吴春梅，王艳芹，李欣欣(大庆师范学院物理与电气信息工程学院，黑龙江大庆163712)摘要：针对开关磁阻电机双凸极结构导致的磁场严重非线性，利用三维有限元分析法对开关磁阻电机的电磁场进行研究。在三维分析屮，考虑了端部效应对电机电磁场分布的影响。采用整体建模的方法，并在施加载荷时引入跑道线圈这一概念。通过仿真表明，三维有限元分析能更好地反映电机实际的磁场分布，得出电机静态曲线，为电机的控制研究奠定了基础。将有限元分析所得磁化曲线及电感、转矩数据用于改进的开关磁阻电机调速系统的模型中，来验证电机的静态性能和动态性能关键词：开关磁阻电机；三维有限元分析；跑道线圈；磁化曲线［中图分类号］TM352［文献标志码］A［文章编号］1000—3886(2012)06-0006-03Three-dimensionFiniteElementMethodofSwitchedReluctanceMotorandNon-linearStudyXIONGChun-yu,WUChun-mei,WANGYan-qin,LIXin-xin(CollegeofPhysicsandElectricitylnformationEngineering,DaqingNormalUniversity，DaqingHeilongjiangl63712,China)Abstract：Forthenonlinearcharacteristicsofswitchedreluctancemotorwithtwoprotrudingpole,thispaperanalyzedtheentirefiledoftheswitchedreluctancemotorwiththreedimensionalfiniteelementanalysesbyusingthree-dimensionalmodelingmethod.Inthree-dmiensionfiniteelementmethod,wholemodelingwasadoptedandracetrackcoilwasintroducedwhileaddingloads.Theresultindicatesthatthree-dmiensionfiniteelementanalysiscanreflectthemagneticfieldditributionofmotorandgetstatecharactercurvetobereadyfordevelopingcontrolstudyofswitchedreluctancemotor.Magnetizationcurves,inductanceandtorquecharactercanbeconnectedwithswitchedreluctancedrivetovalidatethesteadyanddynamicperformanceofmotor.1.1根据这些数据建立的开关磁阻电机三维有限元模型如图1所示。在开关磁阻电机的研究中，电磁场计算占有十分重要的地它是整个电机设计和性能分析的基础。开关磁阻电机的电磁位，场分析需要得到不同转子位置下的磁化曲线，应采用有限元分析[1]法。本文将对开关磁阻电机进行三维有限元分析，得出静态特性曲线，用于电机的调速性能研究。基木假设考虑到三维有限元分析的基本原理及求解方式，再结合电机的实际在三维有限元结构影响，分析前进行如下的基本假设[3]1三维有限元分析开关磁阻电机结构简单，定转子极都是由普通硅钢片叠压而转子既无绕组也无永磁体。开关磁阻电成。定子上有集中绕组，机可以设计许多种不同相数的结构，最常用的开关磁阻电机有三[2]相6/4极和四相8/6极两种。本文采用四相8/6极开关磁阻电机进行有限元分析，样机具体的结构参数如表1所示。表1参数定子外径转子外径定子轭高转子轭高气隙转子极高值210mmll5mml3.5mml7.5mm0.4mml6mm參e(1)单位长度的导线上，电流处处相等；(2)电机定转子及转轴的材料磁化曲线是单值的；(3)不考虑电机轴，且认为电机外壳和电机轴不会产生漏磁；(4)忽略轴承及轴承室的影响，电机轴整个长度具有相同的直径。样机结构尺寸参数定子极数转子极数定子极弧转子极弧每相绕组匝数铁心长度值8621°24°136180mm1.2收稿曰期:2012-03-08基金项目：大庆师范学院科学研宄基金资助项目，项目编号：10ZR10.三维有限元分析的前处理6ElectricalAutomationElectricDrive&AutomaticControl《电气自动化》2012年第34卷第6期三维有限元分析包括电机模型的建立、定义单元类型，模型赋材质和网格划分。在三维模型的建立过程中，采用GUI方式对电机整体建模。采用SOLID98四面体三维剖分单元，所得四面体单元的剖分结果如图2所示。磁感疲强度矢量分布如图5所示。可见，磁场能够沿着主磁路闭合,并在定转子极重合时呈现局部饱和状态，图6磁场强度分布1.3边界条件、载荷及求解三维有限元分析的求解区域是完整的电机模型，对整个立体圆周进行研究，在与磁力线垂直的面上MAG=0。在三维有限元分析中，引入了磁标势的...