开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor简称:SR电机)的步进电磁场长期运行在饱和与非线性状态,且控制参数多,相电流波形随转子位置和控制方式变化,无法得到简单、统一的数学模型和解析式。由于SR电机材料本身的非线性特性及电磁场的饱和特性,传统的磁路法很难对其进行精确地分析与计算;并且SR电机本身又不能脱离驱动电路单独运行,因此对其电磁场进行数值计算求解的同时应当考虑外部驱动电路与控制参数的影响。SR电机绕组电流的非正弦性与铁心磁通密度的高饱和特性决定了它是一个时变、非线性系统,若用简单的线性模型去描述其动静态特性会带有较大的误差。为了深入、准确地研究SR电机的稳态和动态特性,必须在其非线性模型的基础上对电机本体和功率变换器进行系统地、整体地分析与设计。此外,转矩脉动是限制SR电机广泛应用的主要问题,转矩脉动的存在会引起电机强烈的振动与噪声。如何有效地减小和抑制SR电机的转矩脉动一直是此类电机研究的热点与难点之一。针对以上SR电机存在的问题以及需要改进的方面,本文在有限元非线性模型的基础上对整个电机系统作了整体性分析与仿真实验;在文章的最后根据转矩脉动产生的根本原因,提出了抑制转矩脉动的方法——改进电机定子磁极结构。文章首先通过有限元软件ANSYS对SR电机非线性二维电磁场进行计算和分析,并利用MATLAB/SIMULINK软件建立SR电机系统动态仿真模型,将有限元计算的电磁数据导入系统仿真模型中,在考虑电机材料本身的非线性特性及电磁场的饱和特性的同时考虑电机外部驱动电路的影响;然后对SR电机分别在低速和高速运行状态下进行电流斩波控制(CCC)和角度位置控制(APC)的动态仿真实验,从而验证系统模型的有效性;最后,结合有限元计算的非线性矩角特性曲线和仿真实验结果输出的转矩波形,得出产生转矩脉动的根本原因,并在此基础上提出抑制SR电机转矩脉动的结构改进方案:对定子凸极进行改进以减小定转子磁极间气隙磁场的突变,进而减小电机的转矩脉动。仿真实验结果表明:改进后SR电机的转矩脉动明显减小,并且能够提高有效输出转矩。