【摘要】：先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)性能的要求越來越高,研發(fā)高質(zhì)量的傳動系統(tǒng)成為迫切需要解決的問題。多相電機(jī)因具有轉(zhuǎn)矩密度高、轉(zhuǎn)矩脈動小、容錯能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),在航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、城市軌道交通等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。無軸承電機(jī)依托其無摩擦磨損,無潤滑和免維護(hù)等諸多優(yōu)勢,在超潔凈醫(yī)療衛(wèi)生、高壓密封泵、高速高精等領(lǐng)域引起科研人員的廣泛關(guān)注。多相無軸承電機(jī)結(jié)合了多相電機(jī)和無軸承電機(jī)的雙重優(yōu)點(diǎn),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。本文以五相10槽8極分?jǐn)?shù)槽集中雙繞組無軸承永磁同步電機(jī)(fractional-slot concentrated dual winding bearingless permanent magnet synchronous motor,FSCDW BPMSM)為研究對象,在電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)、電磁分析、運(yùn)行機(jī)理、控制方法、數(shù)字系統(tǒng)等方面展開研究,設(shè)計(jì)了五相無軸承永磁同步電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu),優(yōu)化了永磁體形狀,研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī),研究了多種徑向懸浮力的產(chǎn)生原理及其相互影響關(guān)系,建立了懸浮子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,提出了基于模型參考自適應(yīng)的直接懸浮力控制方法,設(shè)計(jì)了五相FSCDW BPMSM數(shù)字控制系統(tǒng),并開展了相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)。論文主要工作及取得成果如下:(1)設(shè)計(jì)了五相FSCDW BPMSM的繞組結(jié)構(gòu),研究并總結(jié)氣隙磁動勢的分布規(guī)律,優(yōu)化了永磁體形狀并研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。在比較傳統(tǒng)多相分?jǐn)?shù)槽和整數(shù)槽集中繞組電機(jī)的基礎(chǔ)上,提出分?jǐn)?shù)槽雙繞組結(jié)構(gòu)的多相無軸承電機(jī);提出了改進(jìn)繞組函數(shù)法,研究五相FSCDW BPMSM定子磁動勢的分布規(guī)律,并用有限元法進(jìn)行驗(yàn)證;結(jié)合傳統(tǒng)五相電機(jī)利用三次諧波電流增加轉(zhuǎn)矩密度的特點(diǎn),對永磁體形狀進(jìn)行優(yōu)化,以最大輸出轉(zhuǎn)矩為優(yōu)化目標(biāo),尋求馬鞍形永磁體三次諧波的最優(yōu)比率;仿真對比了方形、馬鞍形、正弦形表貼式永磁體電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和可控徑向懸浮力性能;根據(jù)優(yōu)化后的電機(jī)參數(shù),設(shè)計(jì)了五相FSCDW BPMSM樣機(jī)。(2)研究了五相FSCDW BPMSM多種徑向懸浮力的產(chǎn)生原理及其相互影響關(guān)系。針對諧波電流注入式五相FSCDW BPMSM的氣隙磁動勢諧波含量多,諧波間相互作用關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn),提出磁場等效虛擬電流分析法,深入研究各諧波磁動勢產(chǎn)生的多種徑向懸浮力對基波磁動勢產(chǎn)生的主徑向懸浮力的影響;仿真驗(yàn)證了馬鞍形永磁體形狀的五相FSCDW BPMSM能調(diào)和方形和正弦形永磁體電機(jī)的矛盾,在提高電機(jī)平均徑向懸浮力幅值的同時,也能大幅度降低懸浮力脈動。(3)構(gòu)建了五相FSCDW BPMSM轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)和懸浮子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。建立了轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)在自然坐標(biāo)系下的電壓和磁鏈方程,考慮三次諧波電流對五相電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的促進(jìn)作用,采用推廣坐標(biāo)變換矩陣,建立了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方程;基于麥克斯韋張量法,推導(dǎo)了懸浮子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子偏心狀態(tài)下的徑向懸浮力數(shù)學(xué)模型,包括可控徑向懸浮力和不可控徑向懸浮力;采用坐標(biāo)變換矩陣,建立了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的可控徑向懸浮力數(shù)學(xué)模型和懸浮運(yùn)動方程。(4)提出了五相FSCDW BPMSM基于模型參考自適應(yīng)的直接懸浮力控制方法,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。針對懸浮子系統(tǒng)傳統(tǒng)矢量控制方法魯棒性能弱、自適應(yīng)能力差等缺點(diǎn),提出雙閉環(huán)的直接懸浮力控制策略;利用電壓-電流模型計(jì)算繞組電流產(chǎn)生的磁鏈,采用模型參考自適應(yīng)法對兩套繞組的定子電阻值進(jìn)行在線辨識進(jìn)而提高磁鏈計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性;仿真結(jié)果證明加入電阻在線辨識后的直接懸浮力控制更加精準(zhǔn),懸浮性能更加穩(wěn)定;轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)采用傳統(tǒng)五相永磁同步電機(jī)的控制方法,對基波電流和三次諧波電流同時進(jìn)行SVPWM空間矢量控制。(5)設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于TMS320F28335的電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng),并開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。分析和研究了信號檢測與調(diào)理、DSP主控電路控制、功率驅(qū)動等系統(tǒng)功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù),設(shè)計(jì)了數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件與軟件;對五相FSCDW BPMSM的啟動、調(diào)速和干擾等懸浮運(yùn)行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明五相FSCDW BPMSM數(shù)字控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的穩(wěn)定懸浮和運(yùn)轉(zhuǎn),系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)特性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM341
【圖文】：

第 1 章 緒 論清華大學(xué)在無軸承異步電機(jī)的懸浮控制和不平衡振動補(bǔ)償?shù)确矫嬲归_深入研究[148-149]。江蘇大學(xué)對不同結(jié)構(gòu)類型的無軸承電機(jī)也做了很多研究。主要包括磁軸承、無軸承異步電機(jī)、無軸承永磁同步電機(jī)、無軸承磁阻電機(jī)、無軸承磁通切換永磁電機(jī)、多相無軸承永磁同步電機(jī)等眾多電機(jī)類型。對無軸承電機(jī)的本體基礎(chǔ)研究、精確數(shù)學(xué)模型的建立、結(jié)構(gòu)參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)、無傳感器技術(shù)以及新型的解耦控制策略都做了深入的研究，如：直接轉(zhuǎn)矩控制、支持向量機(jī)逆系統(tǒng)控制、滑�？刂�、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制等[150-161]。圖 1.4 為國內(nèi)各科研單位研制的部分無軸承電機(jī)的樣機(jī)，就目前成果而言，國內(nèi)對無軸承電機(jī)還處于理論研究和樣機(jī)試驗(yàn)階段，相比于磁軸承支承的電機(jī)，其工業(yè)應(yīng)用還需進(jìn)一步努力。

【參考文獻(xiàn)】

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8 朱q

本文編號：2802064