永磁型無軸承電機(jī)的運(yùn)行控制研究.pdf

1、無軸承電機(jī)通過定子兩套不同極對數(shù)繞組對氣隙磁場的調(diào)制，使電機(jī)轉(zhuǎn)子同時具有旋轉(zhuǎn)和自懸浮能力，實(shí)現(xiàn)了定、轉(zhuǎn)子間無機(jī)械支撐運(yùn)行，從而突破了傳統(tǒng)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，以全新的概念構(gòu)成了高轉(zhuǎn)速、大功率的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。在高速和超高速電氣傳動的研究領(lǐng)域里，有其廣泛的應(yīng)用前景，目前已成為了備受關(guān)注的研究對象。無軸承電機(jī)主要可分為感應(yīng)型、永磁型、磁阻型。與感應(yīng)型和磁阻型相比，永磁型無軸承電機(jī)采用永磁體建立氣隙磁場，無需定子轉(zhuǎn)矩繞組電流提供勵磁，故具有體積小

2、、重量輕、損耗小、功率密度大、效率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。為此它已經(jīng)成為了當(dāng)今無軸承電機(jī)研究領(lǐng)域里的主流。本論文針對永磁型無軸承電機(jī)的運(yùn)行控制進(jìn)行了較為深入的研究，提出了永磁型無軸承電機(jī)完整數(shù)學(xué)模型，為電機(jī)系統(tǒng)控制策略提供了可靠的基礎(chǔ)和依據(jù)；同時，研究了整個控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，分別對轉(zhuǎn)矩控制子系統(tǒng)和懸浮控制子系統(tǒng)提出了合適的控制策略，特別對于懸浮控制中的徑向位移控制進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，得出三種不同的控制方案；針對樣機(jī)進(jìn)行了全數(shù)字化控制系統(tǒng)的設(shè)計和研

3、制，實(shí)現(xiàn)了永磁型無軸承電機(jī)的穩(wěn)定懸浮運(yùn)行實(shí)驗，同時將徑向位移控制中研究的各控制策略付諸于實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了懸浮控制子系統(tǒng)中徑向位移的優(yōu)化控制。論文的主要工作包括： 一、從永磁型無軸承電機(jī)的工作原理出發(fā)，基于麥克斯韋張量法和虛位移法，推導(dǎo)出計及定、轉(zhuǎn)子定位偏心的懸浮力解析表達(dá)式。其準(zhǔn)確性通過了電磁場有限元分析的驗證。 二、建立了基于轉(zhuǎn)子磁場定向控制的永磁型無軸承電機(jī)控制系統(tǒng)，從硬件和軟件兩方面，詳細(xì)介紹了以DSP2407為核心的

4、硬件系統(tǒng)，給出了控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)流程，并對主要的程序模塊作了詳盡的原理闡述。在樣機(jī)實(shí)驗平臺上，實(shí)現(xiàn)了從低速到高速的穩(wěn)定懸浮運(yùn)行。 三、從原理分析和仿真研究兩個方面，提出了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的固有缺陷，為此，提出了永磁型無軸承電機(jī)的完整數(shù)學(xué)模型，并通過有限元計算，提出了確定數(shù)學(xué)模型中關(guān)鍵參數(shù)的計算方法。該模型考慮了電機(jī)中兩套繞組的各種電磁耦合關(guān)系，其準(zhǔn)確性通過仿真分析和實(shí)驗研究得到了充分驗證。在此基礎(chǔ)上，為懸浮控制系統(tǒng)引入了懸浮力補(bǔ)償