基于magnet的直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)仿真研究
馬慶慶，上官璇峰
（河南理工大學(xué)電氣學(xué)院，焦作454003）
摘要：基于magnet的仿真環(huán)境，建立了直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型。在此基礎(chǔ)上對(duì)直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本特性進(jìn)行了仿真研究，獲得了對(duì)齊位置和不對(duì)齊位置的磁場(chǎng)分布、靜態(tài)電磁參數(shù)和動(dòng)態(tài)性能仿真結(jié)果，并研究了不同開(kāi)通位置和關(guān)斷位置對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響，仿真結(jié)果可以指導(dǎo)直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)通、關(guān)斷位置優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；magnet軟件；二維仿真
中圖分類(lèi)號(hào)：tm359.4; tm352 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010}04-0024-03
0引 言
直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)lsrm），是一種特殊的直線運(yùn)動(dòng)電機(jī)，與旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)( srm)相比，它相當(dāng)于沿旋轉(zhuǎn)式srm圓周方向，將定、轉(zhuǎn)子展開(kāi)，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子部分為lsrm次級(jí)，對(duì)應(yīng)定子部分為lsrm初級(jí)。直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是雙凸極可變磁阻電機(jī)，它同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，它受到了各國(guó)特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。本文利用magnet建立了lsrm本體模型和簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)其特性進(jìn)行仿真研究[3，4]。
1 系統(tǒng)仿真模型的建立
1.1利用magnet建立lsrm模型
直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)本體、功率變換器、位置傳感器和控制器四部分組成。建立直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)模型如圖1所示，它屬于長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)直線電機(jī)，運(yùn)動(dòng)部分為次級(jí)，其中初級(jí)極數(shù)為11個(gè)，分別為s1，s2，……，si。
1.2驅(qū)動(dòng)電路模型
lsrm采用開(kāi)關(guān)形式供電，要實(shí)現(xiàn)繞組通電狀態(tài)的切換，它的運(yùn)行必須依賴(lài)于次級(jí)的位置信號(hào)，為三相電流提供正確的換相信息。由于magnet自帶有位置開(kāi)關(guān)，可以利用模擬簡(jiǎn)單的位置開(kāi)關(guān)換相，為lsrm提供脲沖電流使電機(jī)正向或反方向運(yùn)動(dòng)。
2系統(tǒng)仿真結(jié)果
本文中的直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表l。定義初級(jí)極中心線和次級(jí)極中心線重合位置為對(duì)齊位置；定義初級(jí)極中心線和次級(jí)極間中心線重合位置為不對(duì)齊位置。當(dāng)按照s3s6-s2s5-s7s1o-s3s6-----的順序依次通電時(shí)，電機(jī)向蓋軸正方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)按照s2s5-s1s4-s3s6-s2s5s7sl0……的順序依次通電時(shí)，電機(jī)向相反方向運(yùn)動(dòng)（參見(jiàn)圖1）。
(1)靜態(tài)特性
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)步距角公式：
式中， 為初級(jí)總長(zhǎng)度；m為相數(shù)；n為初級(jí)極數(shù)。
由式(1)可以計(jì)算出步距為20 mm，按照正方向的通電順序，設(shè)開(kāi)通／關(guān)斷位置分別為0/20 mm，20 mm/40 mm，40 mm/60 mm……，分別加不同的電流，利用magnet軟件中建立的模型，對(duì)樣機(jī)仿真，可以很容易得到如圖2所示的推力特性和磁鏈特性。
(2)動(dòng)態(tài)特性
開(kāi)通角和關(guān)斷角是lsrm電機(jī)的重要控制參數(shù)，對(duì)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性有著重要的影響。若改變開(kāi)通角與關(guān)斷角，動(dòng)態(tài)特性曲線也會(huì)有明顯的不同。圖4為正向運(yùn)動(dòng)，步距為20 mm，速度恒為1m/s，額定電壓為30 v電機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)相電流、推力、磁鏈仿真波形。
(3)關(guān)斷位置對(duì)推力脈動(dòng)的影響
電機(jī)在基速以上運(yùn)行時(shí)，一般采用角度位置控制， |
