毕业论文-三相64极开关磁阻电机转矩特性分析与优化设计.doc

1、 密级：内部三相6/4极开关磁阻电机转矩特性分析与优化设计Analysis and Optimal Design of Torque Characteristics of Three-phase 6/4 Pole Switch Reluctance Motor 学 院：电气工程学院 专业班级：电气工程及其自动化1003班 学 号： 姓 名： 指导教师： 2014年6月 摘 要近年来随着电力电子技术和控制技术的发展，诞生了一种新的特种电机开关磁阻电机。该电机具有结构简单、调速性能优良、成本低廉、可靠性高、起动转矩大、效率高等优点。因此，被广泛应用于牵引传动、通用工业、家用电器等众多领域。然而，由于开关磁阻电机的双凸极结构所引起的磁路非线性和饱和效应以及特殊的供电方式，与传统的电机相比存在着振动和噪声大的缺点，这就大大限制了开关磁阻电机向更多应用领域的拓展。因此为了得到更好的开关磁阻电机的动静态性能，如何降低转矩脉动和抑制噪声已经成为今后开关磁阻电机控制系统的研究重点。首先根据开关磁阻电机的运行机理，以三相6/4极开关磁阻电机作为分析模型，利用ANSOFT软件中的Maxwell模块完成电机

2、的建模和分析。其次通过修改开关磁阻电机转子极弧系数以及在转子表面开口的方法，改善电机的输出转矩特性。结合MATLAB软件分析修改转子对平均转矩和转矩脉动的影响。最后利用实验室自行开发的多目标优化软件对平均转矩和转矩脉动进行多次优化，经过比较后找到最佳解，得到平均转矩提高、转矩脉动下降的结果，达到优化设计的最终目的。关键词：开关磁阻电机；转矩脉动；平均转矩；优化设计IIIAbstractIn recent years,with the development of power electronictechnology and control technology,a new motor called switch reluctance motor, which has so many advantages such as simple structure, excellent performance of speed adjustment, low cost, high reliability, and large starting torque, high efficiency was

3、 developed. Therefore, it was applied in many fields such as traction drive, general industrial, and householdappliances etc.However,due to thedouble salient structure of switch reluctance motor which caused nonlinearity of the magnetic circuit and saturation effect as well as the special power supply pattern, compared with the traditional motor the vibration and noise is significant. This feature greatly limited theapplicationof switch reluctance motorto more fields. Therefore,in order toachiev

4、e the betterdynamic and static performance for the switch reluctance motor, how to reduce thetorque ripple andnoise has becomethe hot spot of the future researchof switch reluctance motor and its control system.Firstly, according to the operating mechanism of the switch reluctance motor, a three-phase 6/4 pole switch reluctance motor is taken as the analysis model, the torque characteristics is analyzed by utilizing the ANSOFT Maxwell module.Secondly, in the optimization model, the rotor pole ar

5、c coefficient and sub-slot on the surface of rotor are taken as the design variables, the torque ripple and average torque are taken as two objective functions. The MATLAB software is applied to calculate the average torque and torque ripple from the Maxwell results.Finally, a multi-objective optimization algorithm which was developed by the laboratory is applied to find out the optimal solution. In order to determine the global optimal solution, the optimization procedure was carried out twice.

6、 From the results, the average torque and torque ripple characteristic were improved. Keywords：Switch reluctance motor; torque ripple; average torque; optimal designII目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论1 1.1课题背景及意义1 1.2课题国内外研究现状及趋势2 1.2.1国内发展趋势2 1.2.2国外发展趋势3 1.3课题主要研究内容4 1.4本章小结4第2章开关磁阻电机特点与设计方法5 2.1三相6/4极开关磁阻电机的结构与原理分析6 2.1.1三相6/4极开关磁阻电机的结构6 2.1.2三相6/4极开关磁阻电机的运行原理6 2.2开关磁阻电机分析与设计方法8 2.2.1 基于Ansoft 的开关磁阻电机有限元分析介绍8 2.2.2 转矩脉动、噪声和振动产生的根源9 2.2.3 采用的设计方法9 2.3本章小结10第3章 开关磁阻电机建模11 3.1创建电机几何模型11 3.1.1创建项目11 3.1.2

7、建模过程12 3.2材料定义及分配16 3.3激励源与边界条件定义及加载18 3.4运动选项设置20 3.5 求解选项参数设定21 3.6 磁力线与磁密云图23 3.7 外电路与有限元连接25 3.8 本章小结26第4章 开关磁阻电机优化设计27 4.1优化与设计27 4.1.1 多目标优化简介27 4.1.2 响应表面的应用28 4.2修改转子极弧系数及结构29 4.3求解转矩30 4.4利用matlab求解平均转矩和转矩脉动33 4.5优化过程35 4.5.1 一次优化35 4.5.2 二次优化37 4.6 本章小结40第5章 结论41参 考 文 献42致 谢44沈阳工业大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1课题背景及意义开关磁阻电机（SwitchReluctanceMotor简称SR电机）具有结构简单、转子无绕组、无永磁体、可靠性高等特点，且有控制方式灵活、调速性能好等许多优点。因此逐渐应用于牵引传动、通用工业、家用电器等各个领域1。目前越来越多地研究开关磁阻电机在航空及汽车起动、发电机领域的应用2，它们对起动转矩的要求很高，特别是汽车起动和发电机。十九世纪四十年代,开关磁阻电机

8、的基本结构和原理现世，英国的Aberdeen和Davidson相互合作，经过漫长的研究一起设计出了开关磁阻电机的雏形3。在二十世纪六七十年代，英国的Leeds(里兹)大学和Nottingham(诺丁汉)大学相继开始对开关磁阻电机进行深入研究4。二十世纪八十年代，随着现代电子技术、计算机辅助设计、现代控制理论以及微机控制技术的不断进步，开关磁阻电机得到了进一步发展。1983年，英国的TASC Drives 有限公司在世界的瞩目下研制出了世界上第一台开关磁阻电机OUITON(7.5kW，1500r/min)，并将其投放市场。1984年，又推出了422kW四个规格的系列产品。原联邦德国在1984年至1986年期间也先后完成了lkW、1.2kW、5kW样机的研制5。开关磁阻电机以其调速性能好、电机结构简单、效率高、成本低、高容错性能等特点，问世不久便引起了各国电气领域的广泛关注，美国、加拿大、前南斯拉夫、埃及、土耳其等许多国家也竞相发展。从1984年开始，我国许多著名单位开始SRM的研究、开发工作，如北京纺织机械研究所、原华中理工大学、南京航空航天大学、浙江大学等6。2005年山东科汇电气公司率先在全国实现开关磁阻电机的批量化生产，2007年成立了山东省开关磁阻电机调速工程技术研究中心。正是由于开关磁阻电机在调速范围、效率及成本方面有着比较明显的优势。因此，正逐步应用于纺织、冶金、机械、石油、化工、航空、交通运输等行业，呈现强大的发展潜力，成为今后电机领域的研究重点。然而，由于SR电机的双凸极结构以及特殊的供电方式，与传统的电机相比却存在着振动和噪声大的缺点，这大大限制了开关磁阻电机向更多应用领域(如家用电器等)的发展。近几年国内外针对减小开关磁阻电机振动和噪声的研究主要集中在最优励磁控制策略、两次换流控制策略、电机噪声源、定子振动模态、定子固有频率计算等方面，并取得了一定的突破。然而由于SRM的双凸极结构引起的磁路非线性和饱和效应，使得其存在噪声及转矩脉动，导致它在如伺服系统和电器等多种领域不能广泛应用7。因此为了获取更好的SRM的动静

《毕业论文-三相64极开关磁阻电机转矩特性分析与优化设计.doc》由会员枫**分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文-三相64极开关磁阻电机转矩特性分析与优化设计.doc》请在金锄头文库上搜索。