五自由度磁懸浮異步電機與數(shù)字控制系統(tǒng)設計.pdf

1、五自由度磁懸浮異步電機系統(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組成，同時實現(xiàn)轉子懸浮及負載驅動功能。該系統(tǒng)繼承了磁軸承支承高速電機的無摩擦、無磨損、無需潤滑及維修和高度密封、高轉速、壽命長等優(yōu)點，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動、永磁偏置及徑向-軸向聯(lián)合控制等于一體，其結構緊湊，控制系統(tǒng)簡單，制造與運行成本較低，是有利于實際應用于工業(yè)領域的新型磁軸承。無軸承異步電機能夠同時實現(xiàn)徑向兩自

2、由度的懸浮控制及產(chǎn)生驅動轉矩，具有磁軸承和異步電機所有優(yōu)點，其結構簡單、氣隙均勻、牢固可靠、便于弱磁提速等特點，更加有利于實現(xiàn)磁懸浮電機系統(tǒng)超高轉速。基于此，本文主要作了以下幾個方面的工作： 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)學模型，據(jù)此進行了徑向、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論，從而為控制系統(tǒng)的設計帶來極大的方便。在此基礎上，推導出磁懸浮力的線性化方程，提出該結構磁軸承的性能指標公式，并給出磁軸承的電氣參數(shù)與機械參數(shù)設計流程圖，設計試驗樣機，通過有限元分析方法對樣機磁路進行仿真研究，驗證了理論研究的合理性，并對樣機參數(shù)進一步優(yōu)化設計。 其次，介紹無軸承異步電機的運行機理，分析推導了無軸承異步電機數(shù)學模型。在普通異步電機的基礎上設計無軸承電機樣機，并使用電磁場分