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，是集旋轉驅動和轉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的基礎。本文圍繞無軸承電機的磁懸浮力產生機理，對具有圓筒式定子結構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。還對作用于感應型轉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”弧度的凸極型轉子結構無軸承電機為二極浮控四極無軸承電機的一般化結構模型，研究了轉子偏心對無軸承電機內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子結構無軸承電機，又可適用于圓柱型轉子結構無軸承電機，并針對具有圓柱型轉子結構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可控磁懸浮力通用模型和靜止坐標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。文中還認真分析了旋轉可控磁懸浮力控制電流的頻率特點，即：要產生同步速旋轉可控磁懸浮力，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；要產生異步速旋轉可控磁懸浮力，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，也從一個應用側面驗證了所推導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可控磁懸浮力模型，研究了無軸承電機的周期性旋轉慣性離心振動抑制技術和策略。試驗結果驗證了旋轉可控磁懸浮力模型的有效性，并且驗證了旋轉磁懸浮力