無(wú)軸承電機(jī)通用磁懸浮模型及解耦控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無(wú)軸承電機(jī)突破了傳統(tǒng)機(jī)械軸承支撐電機(jī)的運(yùn)行理論范疇，是集旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)子自懸浮功能為一體的新型磁懸浮電機(jī)。各種無(wú)軸承電機(jī)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(shí)現(xiàn)無(wú)軸承電機(jī)可靠懸浮運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。本文圍繞無(wú)軸承電機(jī)的磁懸浮力產(chǎn)生機(jī)理，對(duì)具有圓筒式定子結(jié)構(gòu)的二極懸浮控制四極無(wú)軸承電機(jī)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(jìn)行了深入的理論分析和試驗(yàn)研究。
　　 以二極懸浮控制四極無(wú)軸承異

2、步電機(jī)為例，考慮到轉(zhuǎn)子偏心對(duì)氣隙磁場(chǎng)分布的影響，解析了無(wú)軸承電機(jī)麥克斯韋磁懸浮控制機(jī)理。還對(duì)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(jìn)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(wú)軸承電機(jī)為二極浮控四極無(wú)軸承電機(jī)的一般化結(jié)構(gòu)模型，研究了轉(zhuǎn)子偏心對(duì)無(wú)軸承電機(jī)內(nèi)氣隙磁場(chǎng)分布的影響。然后，基于無(wú)軸承電機(jī)氣隙磁場(chǎng)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(wú)軸承電機(jī)的各個(gè)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(wú)軸承電機(jī)，又可適用于圓柱型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無(wú)軸承電機(jī)，并針對(duì)具有圓柱型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)軸承異步電機(jī)進(jìn)行了模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 根據(jù)無(wú)軸承電機(jī)的通用電感模型，基于電磁場(chǎng)虛位移原理，推導(dǎo)出了無(wú)軸承電機(jī)的可控磁懸浮力通用模型。包括無(wú)軸承電機(jī)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(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)樣機(jī)，進(jìn)行了直流磁懸浮靜力實(shí)驗(yàn)

4、，驗(yàn)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(diǎn)，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(wú)軸承異步電機(jī)可控磁懸浮力模型，設(shè)計(jì)了三相無(wú)軸承異步電機(jī)磁懸浮解耦控制系統(tǒng)。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析之后，基于單TM

5、S320LF2407A 數(shù)字信號(hào)處理芯片設(shè)計(jì)了無(wú)軸承異步電機(jī)的硬軟件控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸承電機(jī)的穩(wěn)定懸浮控制。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)軸承異步電機(jī)可控磁懸浮力模型具有良好的解耦性能，也從一個(gè)應(yīng)用側(cè)面驗(yàn)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(wú)軸承電機(jī)旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力模型，研究了無(wú)軸承電機(jī)的周期性旋轉(zhuǎn)慣性離心振動(dòng)抑制技術(shù)和策略。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)可控磁懸浮力模型的有效性，并且驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)磁懸浮力