多相單繞組永磁無軸承電機(jī)懸浮參數(shù)的分析與辨識(shí).pdf

1、多相單繞組永磁無軸承電機(jī)是多相電機(jī)領(lǐng)域與無軸承領(lǐng)域的交叉產(chǎn)物，它既可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)無軸承支承旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，又具備多相電機(jī)的諸多優(yōu)勢(shì)。其中，懸浮參數(shù)對(duì)多相單繞組永磁無軸承電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與懸浮性能具有重要影響，其主要包括轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感與互感系數(shù)。本文主要圍繞懸浮參數(shù)的計(jì)算與辨識(shí)展開分析與討論。對(duì)應(yīng)用于多相單繞組永磁無軸承電機(jī)中的多相半極繞組的繞組函數(shù)、磁動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感、互感系數(shù)和懸浮力等進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和公式推導(dǎo);對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)給懸浮

2、參數(shù)帶來的影響進(jìn)行了詳細(xì)的電磁計(jì)算與分析;利用模型參考自適應(yīng)理論對(duì)懸浮參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)辨識(shí)仿真并進(jìn)行了極點(diǎn)配置優(yōu)化;研制了用于多相單繞組永磁無軸承電機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)懸浮參數(shù)的辨識(shí)算法與極點(diǎn)配置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。論文的主要工作包括:
　　1)對(duì)多相全極繞組與多相半極繞組在不同相數(shù)下的磁動(dòng)勢(shì)分布進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得出了兩種繞組的特點(diǎn)及其適用范圍;利用多相半極繞組可以同時(shí)產(chǎn)生奇、偶次磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)，可以將其應(yīng)用到無軸承電機(jī)領(lǐng)域，從而形成多相

3、單繞組無軸承電機(jī);根據(jù)改進(jìn)繞組函數(shù)法分別推導(dǎo)了多相永磁內(nèi)置式與表貼式無軸承電機(jī)的電感矩陣，并通過有限元仿真對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證;在已得到的電感矩陣的基礎(chǔ)上，根據(jù)虛位移法推導(dǎo)出了多相永磁內(nèi)置式與表貼式無軸承電機(jī)的徑向力解析模型，利用有限元法分析比較了這兩種無軸承電機(jī)懸浮磁場(chǎng)分布與徑向力的異同，并分析了電樞反應(yīng)對(duì)這兩種無軸承電機(jī)懸浮特性的影響;最后，建立了這兩種無軸承電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，包括電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程。
　　2)無軸承電機(jī)

4、的磁極結(jié)構(gòu)需滿足P2=P1±1的要求，分析并推導(dǎo)了適用于凸極轉(zhuǎn)子無軸承電機(jī)與隱極轉(zhuǎn)子無軸承電機(jī)四極驅(qū)動(dòng)繞組/二極懸浮繞組結(jié)構(gòu)(4-2型)與二極驅(qū)動(dòng)繞組/四極懸浮繞組結(jié)構(gòu)（2-4型）的電感矩陣與懸浮力解析式，并用有限元法進(jìn)行了驗(yàn)證;推導(dǎo)了多相半極繞組中2π/m相帶繞組和π/m相帶繞組的繞組函數(shù)解析式，分析了兩種繞組在不同相數(shù)、不同節(jié)距下的空間諧波分布，并利用有限元法對(duì)不同相數(shù)與極距組合下的氣隙磁密與懸浮力進(jìn)行了計(jì)算，得出了適用于不同相數(shù)下

5、最優(yōu)的相帶繞組;分別分析并比較了不同極弧系數(shù)、氣隙長(zhǎng)度與永磁體厚度對(duì)多相單繞組永磁無軸承電機(jī)氣隙磁密、轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感、互感系數(shù)、磁鏈與懸浮力的影響，最后綜合了上述三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)懸浮參數(shù)的影響。
　　3)多相永磁無軸承電機(jī)的優(yōu)異控制離不開精確的數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)確的懸浮參數(shù)。探討了模型參考自適應(yīng)原理在多相單繞組永磁無軸承電機(jī)參數(shù)辨識(shí)中的應(yīng)用，建立了各懸浮參數(shù)的辨識(shí)模型，分別推導(dǎo)出適用于轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感和互感系數(shù)估算的辨識(shí)器，并通過S

6、imulink仿真驗(yàn)證了各懸浮參數(shù)辨識(shí)算法的有效性。為使各懸浮參數(shù)的收斂速度更快，魯棒性更高，對(duì)懸浮參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行極點(diǎn)配置。根據(jù)各懸浮參數(shù)的特點(diǎn)，對(duì)各懸浮參數(shù)進(jìn)行了反饋矩陣的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了Simulink仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了極點(diǎn)配置的有效性。
　　4)研制了適用于任意相數(shù)的多相單繞組永磁無軸承電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28335和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列EP2C8Q208C8為核心，包含主回路、隔離驅(qū)動(dòng)