無軸承電機通用磁懸浮模型及解耦控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無軸承電機突破了傳統(tǒng)機械軸承支撐電機的運行理論范疇，是集旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和轉(zhuǎn)子自懸浮功能為一體的新型磁懸浮電機。各種無軸承電機都有相同或相似的磁懸浮特性和規(guī)律，磁懸浮控制模型是實現(xiàn)無軸承電機可靠懸浮運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。本文圍繞無軸承電機的磁懸浮力產(chǎn)生機理，對具有圓筒式定子結(jié)構(gòu)的二極懸浮控制四極無軸承電機的通用電感矩陣及電感系數(shù)解析模型、可控制磁懸浮力通用模型及磁懸浮解耦控制系統(tǒng)等進行了深入的理論分析和試驗研究。
　　 以二極懸浮控制四極無軸承異

2、步電機為例，考慮到轉(zhuǎn)子偏心對氣隙磁場分布的影響，解析了無軸承電機麥克斯韋磁懸浮控制機理。還對作用于感應(yīng)型轉(zhuǎn)子上的切向洛倫茲力衍生出的徑向電磁力進行了解析研究，得出了洛倫茲力衍生出平均徑向電磁力的基本條件。
　　 以凸極弧寬為“2ρ”弧度的凸極型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無軸承電機為二極浮控四極無軸承電機的一般化結(jié)構(gòu)模型，研究了轉(zhuǎn)子偏心對無軸承電機內(nèi)氣隙磁場分布的影響。然后，基于無軸承電機氣隙磁場分布規(guī)律，推導(dǎo)出了磁路不飽和情況下，二極懸浮控制四極

3、無軸承電機的各個電感系數(shù)和電感矩陣的通用解析模型。該通用電感解析模型既適用于凸極型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無軸承電機，又可適用于圓柱型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無軸承電機，并針對具有圓柱型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無軸承異步電機進行了模型的實驗驗證。
　　 根據(jù)無軸承電機的通用電感模型，基于電磁場虛位移原理，推導(dǎo)出了無軸承電機的可控磁懸浮力通用模型。包括無軸承電機的旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力通用模型和靜止坐標(biāo)系下的可控磁懸浮力通用模型等。并針對無軸承異步電機樣機，進行了直流磁懸浮靜力實驗

4、，驗證了可控磁懸浮力模型的有效性。文中還認(rèn)真分析了旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力控制電流的頻率特點，即：要產(chǎn)生同步速旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力，需要在二極懸浮控制繞組中通入角頻率為“0.5ω”的“半頻”控制電流；要產(chǎn)生異步速旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力，需要在二極懸浮控制繞組中通入角頻率為“0.5(1+s)ω”的“近似半頻”控制電流。
　　 基于三相無軸承異步電機可控磁懸浮力模型，設(shè)計了三相無軸承異步電機磁懸浮解耦控制系統(tǒng)。在對系統(tǒng)進行仿真試驗分析之后，基于單TM

5、S320LF2407A 數(shù)字信號處理芯片設(shè)計了無軸承異步電機的硬軟件控制系統(tǒng)實驗平臺，并實現(xiàn)了無軸承電機的穩(wěn)定懸浮控制。仿真和實驗結(jié)果表明，無軸承異步電機可控磁懸浮力模型具有良好的解耦性能，也從一個應(yīng)用側(cè)面驗證了所推導(dǎo)出的通用可控磁懸浮力模型的有效性及合理性。
　　 最后，基于無軸承電機旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力模型，研究了無軸承電機的周期性旋轉(zhuǎn)慣性離心振動抑制技術(shù)和策略。試驗結(jié)果驗證了旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力模型的有效性，并且驗證了旋轉(zhuǎn)磁懸浮力