無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)(BLSRM)是一種集驅(qū)動(dòng)和懸浮于一體的新型電機(jī),它將無軸承技術(shù)與開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)相結(jié)合,具有無軸承電機(jī)無機(jī)械磨損、使用壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率大、無需潤滑等諸多優(yōu)點(diǎn),因此在航空航天、高速電機(jī)等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。另外又繼承了 SRM結(jié)構(gòu)簡單、成本低、損耗小、容錯(cuò)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),但也因此存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。本文針對12/14混合定子極型BLSRM所存在的問題,進(jìn)行了以下研究:首先,研究了 8/10和12/14兩種混合定子極型BLSRM的結(jié)構(gòu)原理和優(yōu)缺點(diǎn),為解決12/14混合定子極型BLSRM結(jié)構(gòu)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的問題,設(shè)計(jì)了一種階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM結(jié)構(gòu);對階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM進(jìn)行了初始設(shè)計(jì),為使電機(jī)在具備自起動(dòng)能力的條件下,進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng),本文對粒子群優(yōu)化算法(PSO)進(jìn)行了研究,并針對其缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn),最后運(yùn)用改進(jìn)PSO對階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。其次,為驗(yàn)證階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM的有效性,利用有限元分析軟件對原12/14混合定子極型BLSRM和新電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子無偏心時(shí)的性能分析,包括磁力線分布、電感特性、轉(zhuǎn)矩特性以及懸浮力特性,兩者對比證明階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM具備了自起動(dòng)能力,且轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大大減小了。同時(shí),還分析了階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM在轉(zhuǎn)子發(fā)生偏心位移情況下的各項(xiàng)性能。最后,基于對經(jīng)典懸浮力控制方法、SRM轉(zhuǎn)矩控制方法的研究,結(jié)合階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM的特點(diǎn),制定了一套簡單而有效的控制策略,在控制上進(jìn)一步降低了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。根據(jù)所制定的控制策略,利用MATLAB的仿真功能,對階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真,主要包括懸浮轉(zhuǎn)子到中心位置和起動(dòng)并加速到預(yù)定轉(zhuǎn)速兩個(gè)過程,同時(shí)每個(gè)過程又設(shè)置了懸浮力干擾和轉(zhuǎn)矩突變來測試電機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性能,仿真結(jié)果顯示在帶載以及突變負(fù)載的情況下,電機(jī)均能完成自起動(dòng)且穩(wěn)定運(yùn)行,這證明了階躍式轉(zhuǎn)子BLSRM結(jié)構(gòu)以及其控制策略的有效性。
【學(xué)位單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM352
【部分圖文】：

長使用壽命、維護(hù)代價(jià)低和易于實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制等一系列優(yōu)良特性。因此，磁軸承??技術(shù)在機(jī)械加工工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、計(jì)算機(jī)制造、機(jī)器人以及航空航天等高科技領(lǐng)??域得到了廣泛的應(yīng)用。圖１．１為常見的五自由度磁懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)利??用兩個(gè)徑向磁軸承和一個(gè)軸向磁軸承，除釋放轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)四由度外，其它五個(gè)白由??度均由磁軸承控制，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)子的五自由度懸浮。雖然磁懸浮軸承技術(shù)消除??了傳統(tǒng)高速電機(jī)中轉(zhuǎn)軸與機(jī)械軸承之間的機(jī)械摩擦，但在不同領(lǐng)域中仍存在系統(tǒng)??體積龐大、所需功率器件較多、控制復(fù)雜及成本較高等問題。??－１?－??

的大力支持下，沈陽工業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)、南京航天航空大學(xué)、西安交通大學(xué)、??臺(tái)灣的淡江大學(xué)以及華中科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)的學(xué)者陸續(xù)加入了無軸承電機(jī)研宄行??列，為無軸承技術(shù)做出了一定的貢獻(xiàn)。??（Ｉ）無軸承電機(jī)磁懸浮結(jié)構(gòu)??無軸承電機(jī)種類較多，但懸浮原理基本類似，是一種集懸浮和旋轉(zhuǎn)功能于一??體的新型電機(jī)。通常一臺(tái)無軸承電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)兩自由度的徑向懸浮，若要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)??軸的多自由度懸浮，可增加一個(gè)徑向磁軸承和一個(gè)軸向磁軸承，如圖１．２?（ａ）所??示；也可增加一臺(tái)無軸承電機(jī)和一個(gè)軸向磁軸承，如圖１．２?（ｂ）；圖１．２?（ｃ）是左??側(cè)徑向軸向三自由度磁軸承加上右側(cè)無軸承電機(jī)的組合；如果縮短轉(zhuǎn)子軸向長度，??則只需主動(dòng)控制兩自由度的徑向位移即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮，如圖１．２?（ｄ）所示，??無軸承薄片電機(jī)即是通過該方法實(shí)現(xiàn)的。此外，由圖１．２可知，無軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)簡??單，集成度高，制造成本低，軸向長度短，輸出功率大，較適用于高速、超高速??的應(yīng)用場合。??

電流限制在一定范圍，即采用ＣＣＣ方式，使電機(jī)能夠在恒轉(zhuǎn)矩下運(yùn)行，減小轉(zhuǎn)矩??波動(dòng)。??ＣＣＣ控制原理如圖１．３所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于固定角度位置時(shí)，繞組線圈??的開關(guān)器件導(dǎo)通，相電流從零快速上升，當(dāng)電流值達(dá)到斬波上限時(shí)，斷開繞組幵??關(guān)，電流迅速下降，當(dāng)電流下降到斬波下限時(shí)，又迅速導(dǎo)通繞組，如此循環(huán)操作，??使繞組電流徘徊在斬波限附近，直到轉(zhuǎn)子位置角度到達(dá)，則關(guān)閉繞組開關(guān)，實(shí)??現(xiàn)電流斬波控制。??Ｌ?％??圖１．３?ＣＣＣ控制下的電流波形??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｗａｖｅｆｏｎｎ?ｉｎ?ＣＣＣ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｍｏｄｅ??ＣＣＣ方式適用于電機(jī)起動(dòng)或低速運(yùn)行時(shí)，可有效地防止電機(jī)系統(tǒng)受到電流沖??擊而損壞，且該控制方式下的電流呈現(xiàn)出寬范圍的平頂狀，因而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩較為??平穩(wěn)，可降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，在一定程度上彌補(bǔ)了?ＳＲＭ因自身結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲??大的缺點(diǎn)。但頻繁地切換功率開關(guān)器件狀態(tài)，會(huì)增加系統(tǒng)的電磁干擾及噪聲，且??不易消除
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本文編號：2865820