【摘要】：多相單繞組永磁無(wú)軸承電機(jī)是多相電機(jī)領(lǐng)域與無(wú)軸承領(lǐng)域的交叉產(chǎn)物,它既可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)軸承支承旋轉(zhuǎn)運(yùn)行,又具備多相電機(jī)的諸多優(yōu)勢(shì)。其中,懸浮參數(shù)對(duì)多相單繞組永磁無(wú)軸承電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與懸浮性能具有重要影響,其主要包括轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感與互感系數(shù)。本文主要圍繞懸浮參數(shù)的計(jì)算與辨識(shí)展開分析與討論。對(duì)應(yīng)用于多相單繞組永磁無(wú)軸承電機(jī)中的多相半極繞組的繞組函數(shù)、磁動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感、互感系數(shù)和懸浮力等進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和公式推導(dǎo)；對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)給懸浮參數(shù)帶來(lái)的影響進(jìn)行了詳細(xì)的電磁計(jì)算與分析；利用模型參考自適應(yīng)理論對(duì)懸浮參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)辨識(shí)仿真并進(jìn)行了極點(diǎn)配置優(yōu)化；研制了用于多相單繞組永磁無(wú)軸承電機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并對(duì)懸浮參數(shù)的辨識(shí)算法與極點(diǎn)配置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。論文的主要工作包括： 1)對(duì)多相全極繞組與多相半極繞組在不同相數(shù)下的磁動(dòng)勢(shì)分布進(jìn)行了詳細(xì)的分析,得出了兩種繞組的特點(diǎn)及其適用范圍；利用多相半極繞組可以同時(shí)產(chǎn)生奇、偶次磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn),可以將其應(yīng)用到無(wú)軸承電機(jī)領(lǐng)域,從而形成多相單繞組無(wú)軸承電機(jī)；根據(jù)改進(jìn)繞組函數(shù)法分別推導(dǎo)了多相永磁內(nèi)置式與表貼式無(wú)軸承電機(jī)的電感矩陣,并通過有限元仿真對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證；在已得到的電感矩陣的基礎(chǔ)上,根據(jù)虛位移法推導(dǎo)出了多相永磁內(nèi)置式與表貼式無(wú)軸承電機(jī)的徑向力解析模型,利用有限元法分析比較了這兩種無(wú)軸承電機(jī)懸浮磁場(chǎng)分布與徑向力的異同,并分析了電樞反應(yīng)對(duì)這兩種無(wú)軸承電機(jī)懸浮特性的影響；最后,建立了這兩種無(wú)軸承電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,包括電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程。 2)無(wú)軸承電機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)需滿足P2=P1±1的要求,分析并推導(dǎo)了適用于凸極轉(zhuǎn)子無(wú)軸承電機(jī)與隱極轉(zhuǎn)子無(wú)軸承電機(jī)四極驅(qū)動(dòng)繞組/二極懸浮繞組結(jié)構(gòu)(4-2型)與二極驅(qū)動(dòng)繞組/四極懸浮繞組結(jié)構(gòu)(2-4型)的電感矩陣與懸浮力解析式,并用有限元法進(jìn)行了驗(yàn)證；推導(dǎo)了多相半極繞組中2n/m相帶繞組和π/m相帶繞組的繞組函數(shù)解析式,分析了兩種繞組在不同相數(shù)、不同節(jié)距下的空間諧波分布,并利用有限元法對(duì)不同相數(shù)與極距組合下的氣隙磁密與懸浮力進(jìn)行了計(jì)算,得出了適用于不同相數(shù)下最優(yōu)的相帶繞組；分別分析并比較了不同極弧系數(shù)、氣隙長(zhǎng)度與永磁體厚度對(duì)多相單繞組永磁無(wú)軸承電機(jī)氣隙磁密、轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感、互感系數(shù)、磁鏈與懸浮力的影響,最后綜合了上述三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)懸浮參數(shù)的影響。 3)多相永磁無(wú)軸承電機(jī)的優(yōu)異控制離不開精確的數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)確的懸浮參數(shù)。探討了模型參考自適應(yīng)原理在多相單繞組永磁無(wú)軸承電機(jī)參數(shù)辨識(shí)中的應(yīng)用,建立了各懸浮參數(shù)的辨識(shí)模型,分別推導(dǎo)出適用于轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感和互感系數(shù)估算的辨識(shí)器,并通過Simulink仿真驗(yàn)證了各懸浮參數(shù)辨識(shí)算法的有效性。為使各懸浮參數(shù)的收斂速度更快,魯棒性更高,對(duì)懸浮參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行極點(diǎn)配置。根據(jù)各懸浮參數(shù)的特點(diǎn),對(duì)各懸浮參數(shù)進(jìn)行了反饋矩陣的設(shè)計(jì),并進(jìn)行了Simulink仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了極點(diǎn)配置的有效性。 4)研制了適用于任意相數(shù)的多相單繞組永磁無(wú)軸承電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28335和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列EP2C8Q208C8為核心,包含主回路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)采樣電路和故障保護(hù)電路等；兩個(gè)主控芯片分別負(fù)責(zé)控制算法和PWM波的產(chǎn)生,并通過DMA和LPM RAM傳輸數(shù)據(jù)。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,首先進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感和互感系數(shù)的離線測(cè)量,以驗(yàn)證解析解的正確性,并作為懸浮參數(shù)辨識(shí)的參考值；然后,進(jìn)行了極點(diǎn)配置前后轉(zhuǎn)矩電感的辨識(shí)對(duì)比實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了極點(diǎn)配置的有效性；最后,分別在轉(zhuǎn)子穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)與加速旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)各懸浮參數(shù)進(jìn)行了在線辨識(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了辨識(shí)算法的有效性。
【圖文】：

形成表面張力1147]。無(wú)論轉(zhuǎn)子是否偏心，麥克斯韋力始終存在，只是在轉(zhuǎn)子無(wú)偏心時(shí)，轉(zhuǎn)子所受到的麥克斯韋力因大小相等、方向相反而抵消，如圖2.2.1(a)所示；而當(dāng)轉(zhuǎn)子偏心時(shí)，麥克斯韋力偏向因氣隙減小而氣隙磁密增大的一側(cè)，如圖2.2.1(b)所示。a)均勻氣隙下的磁矢量分布圖 b)偏心情況下的磁矢量分布圖圖2.2.1麥克斯韋力示意圖由圖2.2.1可知，轉(zhuǎn)子偏心引起的麥克斯韋力的方向和轉(zhuǎn)子的偏心位移方向一致，偏心過程形成正反饋，故普通電機(jī)不具有偏心故障的自恢復(fù)能力。為使電機(jī)轉(zhuǎn)子可以回到中心繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，需要給轉(zhuǎn)子施加一個(gè)與偏心方向相反的可控力。21

在電感矩陣有限元模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行氣隙磁場(chǎng)和懸浮力的有限元分析，電機(jī)剖分模型如圖2.4.1所示。令A(yù)相繞組軸線與永磁體N極軸線重合，分別通入不同相位的懸浮電流，其所對(duì)應(yīng)的氣隙磁密如圖2.4.2所示。mma)表貼式 b)內(nèi)置式圖2.4.1永磁無(wú)軸承電機(jī)模型剖分在未通入懸浮電流/?,2之前，氣隙磁場(chǎng)僅有永磁體磁場(chǎng)。由圖2.4.2(a)可以看出，永磁表貼式無(wú)軸承電機(jī)的氣隙磁密正弦性較好，而永磁內(nèi)置式無(wú)軸承電機(jī)受轉(zhuǎn)子凸極影響，氣隙磁密腰部有較大的落差。當(dāng)通入懸浮電流/?,2后，氣隙磁場(chǎng)中同時(shí)存在1對(duì)極的永磁體磁場(chǎng)和2對(duì)極的懸浮磁場(chǎng)，，兩個(gè)磁場(chǎng)疊加使得氣隙磁場(chǎng)發(fā)生扭曲
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM301

【參考文獻(xiàn)】

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6 朱q

本文編號(hào)：2558068