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高速开关磁阻电机主轴驱动设计 Hans Ku.. Torsten Wichert and Bernard Szymanski 摘要：一个开关磁阻电动机(SRM)作为一个主轴驱动旋转机器在本文中进行了阐述。开关磁阻电机的驱动系统目的是为了满足日益增长的需求,与纺织工业生产时间、成本和质量相关联。理想的开关磁阻电动机驱动系统应该是在高速运行达到30000r/min时，必须稳健、高效、低成本,才能批量生产。开关磁阻电动机的有限元分析模型,允许一个快速和准确的机械设计。对一个比较静态SRM和测量显示的可靠性提出了设计过程。轴位置传感器运用了一个简单的、鲁棒性强的控制算法。因此,随着电力电子变换器的发展，控制系统将会出现。 关键词：转换器、控制系统、设计方法、磁阻电机驱动 一、介绍 新的电动机器都需要电主轴驱动。这个研究的目的是发展一个新一代的主轴元素应用于纺织工业。这样一种新的主轴单元是显示在图1。它包括一个电动驱动器替代传统的皮带传动系统。 今天，旋转机械性能、质量的增加和人机工程学依赖于技术的进步。技术的优势是一方面降低制造成本和材料利用率,另一方面降低生产周期,减少维护成本和降低能耗。 新的工艺要求开发的电气设备必须实现高效率、低生产成本。整体传动系统包括转换器和控制系统。从大规模生产来看,它是理想的。SRMs优先考虑的是在各种优势的基础上,应用这台机器，选择一个感应或同步机调速驱动,尤其是利用旋转机器： ——没有工作滑移，且等速，满足同步器的工作原理, ——短集中绕组，就可以很容易地安装在定子极点;允许短长度和减少机器铜材, ——低生产成本在批量生产, ——低惯性矩、高起动转矩, ——容易实现控制扭矩为零的速度,是一种技术的需要 一个简单的开关控制算法具有较强的鲁棒性，电动机的低成本驱动没有任何位置传感器。本文描述的方案需要一个几乎不变矩负载,它取决于纺丝工艺。这使得电机运行在稳定状态以及暂态和过载情况下，这个阶段通过变量传导电流脉冲宽度。 在第一部分,应用本文提出的设计方法。有限元计算结果将会比较原型制造开关。在第二部分控制系统的设计与试验的基础上,提出了液力变矩器，将会被显示。 二、电机的有限元模型 FEMM有限元程序设置(有限单元法的磁学)潜在的分布和post-processor矢量提交的数据处理和计算的有趣的物理价值观。FEMM 4.0是免费提供的软件，来解决低频电磁场对二维平面和轴对称领域问题。转子位置的一个向量的值从Θ= 0°的位置Θ= 45°的位置，求解电机的扭矩特性。 图2: 6/4-SRM磁线的研究，Θ= 20° 转矩的计算的转子位置角特征T(i,Θ)是需要计算的，在给定电磁转矩角位置的转子情况下。单值不固定转子位置变化的转矩角Θ可以计算出麦克斯韦应力张量结合区域的气隙。常数磁链的长度分布沿着通往解的核心二维方程式[1]、[2]。 在这个半径描述的气隙圈,L等效于(磁)长度的核心、Bt, Br分别是切的轴向和径向磁通密度成分。机械扭矩是由于施加压力的兴奋期的定子置于转子引人注目的增长极。这种力量,因此,也取决于机械平均扭矩的定子和转子几何尺寸,他们突出,大量的定子阶段,电流强度和开/关的时机。瞬间的扭矩也取决于这些参数,并确定电机转矩波动。 图3。开关磁阻电机的制造模型 3 计算和测量的结果 高效率的发展是最重要的条件之一。SRM电动机必须要跑到30000rpm高速度。因此,它核心的损失是铜的损失。众所周知,磁化频率的影响,随着时间的增长而增长的阶段。。那是一件最小相位号码允许自启动在两个方向和4-quadrant操作。核心——与变频器降到最低,损失在高速电机定子几何与考察极点(6/4-SRM设计)。这使得所需的开关变换低成本器和很小生产成本。开关磁阻电动机的原型制造如图3测量了实验室的科技大学在华沙。以下的实验室测试,包括: 1．vs.电感的转子位置变化的角度,ΘL(i) 2．vs.扭矩的转子位置变化的角度,ΘT(i)和与有限元计算结果进行对比。 电感量与动态电压法相位绕组派一个矩形脉冲电压。产生的电流波形,其增长dt/ di取决于三相电阻R旁边的电感L(i,Θ)。 测量的误差值预测,电感器(图4)为i= 4A(3.0%、6.8%),为对齐unaligned电感。稍微增加电流误差7.6%,4.3%,自从i=A缠绕效果出现饱和的结束。 图4。确定测量电感L(i,Θ)。 图5。测量,Θ扭矩T(i)。 图5显示测量的扭矩vs.转子位置角特征对不同电流的影响。预期值与破碎的线路进行比较。测量数值符合得很好,但他们之间的误差略增加与当前自饱和效应导致减少扭矩。特别是在狭窄的转子轭,即使在低电流分(5 - 6安培)的计算可靠性的影响。 在表中的电感,平均扭矩和转矩脉动问题,