五自由度磁懸浮異步電機(jī)與數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、五自由度磁懸浮異步電機(jī)系統(tǒng)由三自由度永磁偏置交直流混合磁軸承和無軸承異步電機(jī)組成，同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮及負(fù)載驅(qū)動功能。該系統(tǒng)繼承了磁軸承支承高速電機(jī)的無摩擦、無磨損、無需潤滑及維修和高度密封、高轉(zhuǎn)速、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，從根本上改變了傳統(tǒng)的支承與傳動形式。三自由度交直流混合磁軸承集交流驅(qū)動、永磁偏置及徑向-軸向聯(lián)合控制等于一體，其結(jié)構(gòu)緊湊，控制系統(tǒng)簡單，制造與運(yùn)行成本較低，是有利于實際應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的新型磁軸承。無軸承異步電機(jī)能夠同時實現(xiàn)徑向兩自

2、由度的懸浮控制及產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，具有磁軸承和異步電機(jī)所有優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)簡單、氣隙均勻、牢固可靠、便于弱磁提速等特點(diǎn)，更加有利于實現(xiàn)磁懸浮電機(jī)系統(tǒng)超高轉(zhuǎn)速?；诖耍疚闹饕髁艘韵聨讉€方面的工作： 首先，深入研究了一種高效緊湊的交直流永磁偏置徑向軸向磁軸承。分析該磁軸承的工作原理，利用等效磁路法建立該磁軸承的懸浮力數(shù)學(xué)模型，據(jù)此進(jìn)行了徑向、軸向懸浮力及控制電流之間的非線性及耦合性分析，得出在轉(zhuǎn)子平衡位置附近，軸向與徑向控制之間不存在耦

3、合，且懸浮力與控制電流之間線性度較高的結(jié)論，從而為控制系統(tǒng)的設(shè)計帶來極大的方便。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出磁懸浮力的線性化方程，提出該結(jié)構(gòu)磁軸承的性能指標(biāo)公式，并給出磁軸承的電氣參數(shù)與機(jī)械參數(shù)設(shè)計流程圖，設(shè)計試驗樣機(jī)，通過有限元分析方法對樣機(jī)磁路進(jìn)行仿真研究，驗證了理論研究的合理性，并對樣機(jī)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計。 其次，介紹無軸承異步電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，分析推導(dǎo)了無軸承異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型。在普通異步電機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計無軸承電機(jī)樣機(jī)，并使用電磁場分