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隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的突出，以電動(dòng)汽車為代表的代用燃料汽車成為解決汽車業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。開關(guān)磁阻電機(jī)是近二十年快速發(fā)展起來的一種執(zhí)行用微特電機(jī)，其結(jié)構(gòu)較為簡單堅(jiān)固，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可控參數(shù)多，控制靈活，效率高，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、家用電器、通用工業(yè)、高速電機(jī)等。SRM應(yīng)用于電動(dòng)車輛可以實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)、高精度、高效率以及大轉(zhuǎn)矩輸出的性能指標(biāo)。
由于開關(guān)磁阻電機(jī)長期運(yùn)行在飽和或非線性狀態(tài)，且控制參數(shù)多，相電流隨轉(zhuǎn)子位置而變化，無法得到簡單統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和解析式。本研究通過對(duì)電動(dòng)汽車用SRM進(jìn)行有限元分析，建立SRM非線性模型并以此模型為對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，對(duì)于電動(dòng)汽車用SRM的設(shè)計(jì)、控制和應(yīng)用具有重要意義。
由于求解區(qū)域會(huì)有電流源的存在，計(jì)算時(shí)須采用矢量磁位，并作如下假設(shè)：(1)分析時(shí)應(yīng)忽略電機(jī)端部的磁場效應(yīng)，磁場沿軸向會(huì)均勻分布，矢量磁位A和電流密度J只有軸向分量A，故磁感應(yīng)強(qiáng)度只有Br和B；(2)分析的磁場僅被限制于電機(jī)的內(nèi)部，定子的外部及轉(zhuǎn)子的內(nèi)部邊界認(rèn)為是零矢量磁位線；(3)小計(jì)交變磁場在導(dǎo)電材料中如定子繞組及機(jī)座中的渦流反應(yīng)，因此，SRM的磁場可作為非線性似穩(wěn)場來處理。
對(duì)于三相SRIVI定子每一極來說，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90。機(jī)械角為一個(gè)周期，根據(jù)對(duì)稱性，只計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)450范圍即可完成分析。將定子齒中心與轉(zhuǎn)子槽中心對(duì)齊位置定義為B=0°位置。
添加設(shè)置空氣區(qū)，導(dǎo)磁區(qū)，電流流入?yún)^(qū)，電流流出區(qū)4部分材料。其中導(dǎo)磁區(qū)為非線性材料，用一條B/H曲線描述其材料屬性;其余部分磁導(dǎo)率均為1。賦子而材料屬性，按材料屬性顯示面: 定義單元類型，選擇PLANE 53單元，采用三角形六節(jié)點(diǎn)、smartsize形式。
對(duì)于本研究的SRM二維分析，只考慮一類齊次邊界條件。即在電機(jī)定子外徑和轉(zhuǎn)子內(nèi)徑上矢量磁位A。此后，均采用命令流方式進(jìn)行參量輸入，更改設(shè)置及求解。
將繞組的體電流轉(zhuǎn)化為而電流形式，其中，S為載流線圈橫截而積，n為電機(jī)的繞組線圈匝數(shù)，i為單匝輸入的電流。電流密度遠(yuǎn)的單位為A/m，二維有限元分析中，其正值表示電流沿十Z方向，負(fù)值表示電流沿-Z方向。
該SRM的磁通主要有三部分：一部分是定子繞組通電流的勵(lì)磁極經(jīng)氣隙到達(dá)轉(zhuǎn)子極的主磁通；第二部分是經(jīng)極間氣隙到達(dá)定子扼的漏磁通；第三部分是從勵(lì)磁極經(jīng)極間相鄰繞組的相間漏磁通。
對(duì)于SRM的仿真重點(diǎn)和難點(diǎn)在于建立SRM的數(shù)學(xué)模型，須在充分考慮SRM非線性的基礎(chǔ)上建立電路方程、機(jī)械方程以機(jī)電聯(lián)系方程。MATLAB7.6版在SIIVIULINK/simpowersystem庫中添加SRM的模型庫，該庫中包括通用SRM模型的和特定SRM模型。其中，特定SRM模型可以山用戶根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或有限元分析數(shù)據(jù)建立符介實(shí)際需求的SRM模型。
模型主要包括三個(gè)子模塊：功率變換模塊、SRM模塊和位置檢測模塊。
功率變換模塊采用三相小對(duì)稱半橋結(jié)構(gòu)，每相兩個(gè)工GBT功率開關(guān)管。反向并聯(lián)續(xù)流二極管，根據(jù)電流控制模塊給出的信號(hào)，控制開關(guān)管順序?qū)ê完P(guān)斷，從而產(chǎn)生三相相電壓輸出。
SRM模塊自接從SimPowerSystem的Machines中選取Switched Reluctance Motor，指定為三相6/4 Specific Model；參數(shù)設(shè)置部分輸入有限元分析計(jì)算所得的樣機(jī)定子磁阻、慣J險(xiǎn)常量、摩擦系數(shù)、起始速度和位置以及SRM的電磁特性表。
其中，SRM的電磁特性表是將有限元分析得出的磁鏈矩陣磁化特性讀入MATLAB工作空間，生成的import表格，該表準(zhǔn)確反應(yīng)電機(jī)模型的特性，在仿真中起著至關(guān)重要的作用。
位置檢測模塊輸入開通角、關(guān)斷角和轉(zhuǎn)速，輸出控制信號(hào)。調(diào)整開通角和關(guān)斷角可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，通過精確計(jì)算及仿真選定介理的角度可以最大限度的減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。
采用100V自流電源供電，參考電流為100A，滯環(huán)比較器寬度為士SA。為了獲得大的加速度和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，給SRM施加一個(gè)很小的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，本研究中取0。仿真輸出包括3部分：繞組電流、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。
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