磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁軸承支承系統(tǒng)研究.pdf

1、磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)擁有著傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)無可比擬的優(yōu)勢(shì):起動(dòng)風(fēng)速低、無噪聲、無摩擦損耗、無需潤滑、穩(wěn)定可控、壽命長等。而磁軸承作為磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)中支撐的核心部分，也同樣需要具有上述優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過近些年的發(fā)展，磁軸承的結(jié)構(gòu)形式各種各樣，但是歸納起來主要存在以下三種缺點(diǎn):永磁體安裝于轉(zhuǎn)子部分，安裝困難且不利于轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)行;控制磁通經(jīng)過永磁體，會(huì)對(duì)永磁體產(chǎn)生明顯的增磁或去磁作用，很容易造成永磁體的不可逆退磁;引入兩個(gè)吸力盤且分別安裝于定子盤的每一

2、側(cè)，不利于轉(zhuǎn)子軸向長度的縮短與臨界轉(zhuǎn)速的提高。
　　在國家自然科學(xué)基金(61174055、51307072)的資助下，針對(duì)上述不足，本文提出兩種新型軸向永磁偏置混合磁軸承，在對(duì)比兩種結(jié)構(gòu)后選擇一種更適合課題的磁軸承作為研究對(duì)象，建立數(shù)學(xué)模型，給出初步參數(shù)設(shè)計(jì)方法，利用有限元軟件分析驗(yàn)證并優(yōu)化，同時(shí)分析了其控制系統(tǒng)。論文主要研究工作和成果如下:
　　首先，提出了兩種新型軸向永磁偏置混合磁軸承。同時(shí)，詳細(xì)地介紹了它們的結(jié)構(gòu)組成、

3、磁路分布及工作原理。在對(duì)比了兩種混合磁軸承之后，選擇了一種更適合課題的磁軸承作為研究對(duì)象，利用等效磁路法推導(dǎo)出了懸浮力方程，并基于二元泰勒公式對(duì)懸浮力方程進(jìn)行了線性化處理，給出了最大承載力條件與最大承載力表達(dá)式。
　　其次，給出了軸向混合磁軸承初步參數(shù)設(shè)計(jì)方法并推導(dǎo)了參數(shù)設(shè)計(jì)公式。依據(jù)該初步設(shè)計(jì)方法，在給定負(fù)載的情況下，計(jì)算出軸向混合磁軸承的各個(gè)初步的結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)計(jì)算出的初步結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用有限元分析軟件建模驗(yàn)證分析，并對(duì)磁軸承的

4、一些結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。有限元分析表明:系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能良好，控制性能優(yōu)良;懸浮力的理論值與仿真值結(jié)果非常接近，且和偏移量成線性關(guān)系，理論分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有正確性、合理性。
　　最后，將PID控制與磁軸承的控制系統(tǒng)相結(jié)合，并運(yùn)用磁路法與有限元法對(duì)比的方法進(jìn)行PID參數(shù)整定。據(jù)此，利用Matlab中的Simulink仿真模塊對(duì)混合磁軸承PID控制系統(tǒng)進(jìn)行了起浮過程的穩(wěn)定性分析，仿真結(jié)果表明:控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、上升時(shí)間與調(diào)節(jié)時(shí)間