一种实现大功率开关磁阻电机无位置传感器制约新策略
本站原创 摘要：大功率开关磁阻电机制约系统对位置传感器的依赖增加了系统的复杂度可靠性，而且由于传感器分辨率的限制会使电机高速运行特性的下降。传统的离线堵转测量磁链特性装置复杂，操作麻烦。本文给出基于电机结构参数的有限元模型，并对有限元计算结构进行了补偿和修正。最后在12/8 开关磁阻电机无位置制约系统平台上进行实验。结果表明，基于结构参数的有限元模型能够较好的反映电机实际特性，从而应用于无位置传感器的开关磁阻电机制约。
关键词：大功率开关磁阻电机，有限元浅析浅析，无位置传感器制约
1 引 言
开关磁阻电机（简称SRM）与其他电机相比具有结构简单，制约灵活，运行可靠等诸多优点。相对于小功率的SRM 而言，大功率SRM 的良好运行更加依赖于位置传感器，但是位置传感器的引入增加了系统复杂度和经济成本，同时在某种特殊场合也限制了电机的使用。所以无位置传感器的大功率SRM制约系统一直成为国内外研究的焦点，而焦点中的焦点就集中在对其建立精确的数学模型，实现对转子位置角度准确的估算上面。这对提高电机系统结构的坚固性，运行的可靠高效性以及降低系统成本有重要意义。本文给出一种实现大功率SRM无位置传感器制约方案，实验结果表明角度估算准确，系统运行可靠。
2 SRM 磁链特性的离线测量
由于大功率 SRM 双凸极结构通常工作于磁场饱和状态，因此通过传统策略很难计算得出其精确的剖析模型。给出了简化了的几个位置下磁链-电流-角度关系曲线，但是模型的精确性仍然难以满足无位置制约系统对于转子角度的需要。传统的大功率SRM的磁链特性可以通过实验测量。
可以看出大功率SRM由于其本身双凸极结构导致磁链的大小随着电流、转子位置角度的转变呈严重的非线性变化，采用实验的策略测得大功率的SRM静特性，需要对转子进行堵转测得绕组两端电压和通过绕组的电流来计算绕组在某个位置下磁链的大小随着电流变化的关系曲线。系统结构复杂，堵转麻烦，计算磁链需要对电阻积分，会产生积分误差。下面给出基于电机结构的有限元策略来计算磁链特性。
3 有限元浅析浅析法ansys 求解SRM 磁链特性
因为大功率SRM电机本身特殊的双凸极结构和磁路的高度饱和特性，传统的等效磁路法不适用于SRM的浅析浅析和计算。基于有限元浅析浅析法（FEM）的引入使大功率SRM内部复杂磁场的浅析浅析以及数值计算成为可能。此外，SRM每相绕组磁链y和电流i以及转子位置角度q的关系也无法通过一条磁化曲线来表达。在忽略电机端部磁场效应，认为磁场沿着轴向均匀分布，铁心冲片材料各向同性，B-H曲线呈单值函数，忽略电机的外部磁场下，关系以及磁场分布、电磁转矩特性的数值计算需要采用有限元浅析浅析软件ansys来完成。
本文样机SRM采用18.5kW 12/8极结构。计算区域采用自适应加密剖分，求解后处理。
当转子角度接近22.5°时，实测数据和经过有限元浅析浅析的差距非常小，但当转子角度接近0°时，两者差距很大，达到了80%的差距。所以，下面给出了对SRM端部补偿的办法。
通过给出的实测磁链-电流曲线相比较，可以得出两者相差很小。这样就得到了基于有限元软件ansys的SRM模型，下文实验中将采用有限元模型来实现无位置传感器系统制约。
4 基于ansys 模型的SRM 的无位置传感器制约
本文把前述ansys得到的SRM模型数据应用到无位置传感器制约磁链-电流-角度表格中，无位置传感器SRM制约系统制约对策是：在启动和低速阶段采用激励脉冲法在中高速时切换到简化磁链法。
5 实验结果
根据上文所提出的SRM无位置传感器制约方案，对12/8三相SRM驱动系统进行了样机实验。功率变换器采用三相不对称半桥结构。样机功率是18.5kW，每相绕组电阻R=0.48W,为了对比观察使用基于结构参数的有限元SRM模型数据给制约效果带来的影响，设计保留了位置传感器，把转子角度使用D/A输出。
转子位置角度的估值大小和实际大小之间的误差很小，转子角度的观测精度很高。系统运行状况良好，可靠。
6 结 论
本文在给出传统离线测量SRM磁特性曲线的同时，提出一种新策略来获得实现大功率SRM无位置制约的所需模型电磁特性关系，并且通过实验得到了验证。由实验结果可知有限元浅析浅析策略ansys对于实现SRM电磁特性的计算十分有效，在此基础上的无位置传感器系统运行平稳，转子观测精度高，可靠性良好。
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关键词：大功率开关磁阻电机，有限元浅析浅析，无位置传感器制约
1 引 言
开关磁阻电机（简称SRM）与其他电机相比具有结构简单，制约灵活，运行可靠等诸多优点。相对于小功率的SRM 而言，大功率SRM 的良好运行更加依赖于位置传感器，但是位置传感器的引入增加了系统复杂度和经济成本，同时在某种特殊场合也限制了电机的使用。所以无位置传感器的大功率SRM制约系统一直成为国内外研究的焦点，而焦点中的焦点就集中在对其建立精确的数学模型，实现对转子位置角度准确的估算上面。这对提高电机系统结构的坚固性，运行的可靠高效性以及降低系统成本有重要意义。本文给出一种实现大功率SRM无位置传感器制约方案，实验结果表明角度估算准确，系统运行可靠。
2 SRM 磁链特性的离线测量
由于大功率 SRM 双凸极结构通常工作于磁场饱和状态，因此通过传统策略很难计算得出其精确的剖析模型。给出了简化了的几个位置下磁链-电流-角度关系曲线，但是模型的精确性仍然难以满足无位置制约系统对于转子角度的需要。传统的大功率SRM的磁链特性可以通过实验测量。
可以看出大功率SRM由于其本身双凸极结构导致磁链的大小随着电流、转子位置角度的转变呈严重的非线性变化，采用实验的策略测得大功率的SRM静特性，需要对转子进行堵转测得绕组两端电压和通过绕组的电流来计算绕组在某个位置下磁链的大小随着电流变化的关系曲线。系统结构复杂，堵转麻烦，计算磁链需要对电阻积分，会产生积分误差。下面给出基于电机结构的有限元策略来计算磁链特性。
3 有限元浅析浅析法ansys 求解SRM 磁链特性
因为大功率SRM电机本身特殊的双凸极结构和磁路的高度饱和特性，传统的等效磁路法不适用于SRM的浅析浅析和计算。基于有限元浅析浅析法（FEM）的引入使大功率SRM内部复杂磁场的浅析浅析以及数值计算成为可能。此外，SRM每相绕组磁链y和电流i以及转子位置角度q的关系也无法通过一条磁化曲线来表达。在忽略电机端部磁场效应，认为磁场沿着轴向均匀分布，铁心冲片材料各向同性，B-H曲线呈单值函数，忽略电机的外部磁场下，关系以及磁场分布、电磁转矩特性的数值计算需要采用有限元浅析浅析软件ansys来完成。
本文样机SRM采用18.5kW 12/8极结构。计算区域采用自适应加密剖分，求解后处理。
当转子角度接近22.5°时，实测数据和经过有限元浅析浅析的差距非常小，但当转子角度接近0°时，两者差距很大，达到了80%的差距。所以，下面给出了对SRM端部补偿的办法。
通过给出的实测磁链-电流曲线相比较，可以得出两者相差很小。这样就得到了基于有限元软件ansys的SRM模型，下文实验中将采用有限元模型来实现无位置传感器系统制约。
4 基于ansys 模型的SRM 的无位置传感器制约
本文把前述ansys得到的SRM模型数据应用到无位置传感器制约磁链-电流-角度表格中，无位置传感器SRM制约系统制约对策是：在启动和低速阶段采用激励脉冲法在中高速时切换到简化磁链法。
5 实验结果
根据上文所提出的SRM无位置传感器制约方案，对12/8三相SRM驱动系统进行了样机实验。功率变换器采用三相不对称半桥结构。样机功率是18.5kW，每相绕组电阻R=0.48W,为了对比观察使用基于结构参数的有限元SRM模型数据给制约效果带来的影响，设计保留了位置传感器，把转子角度使用D/A输出。
转子位置角度的估值大小和实际大小之间的误差很小，转子角度的观测精度很高。系统运行状况良好，可靠。
6 结 论
本文在给出传统离线测量SRM磁特性曲线的同时，提出一种新策略来获得实现大功率SRM无位置制约的所需模型电磁特性关系，并且通过实验得到了验证。由实验结果可知有限元浅析浅析策略ansys对于实现SRM电磁特性的计算十分有效，在此基础上的无位置传感器系统运行平稳，转子观测精度高，可靠性良好。
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