無軸承永磁同步電機(jī)(Bearingless Permanent Magnet Synchronous Motor,BPMSM)是一種將磁軸承技術(shù)與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)相結(jié)合的新型電機(jī),其具備無機(jī)械摩擦、清潔、噪聲低等優(yōu)勢,克服了傳統(tǒng)電機(jī)因軸承摩擦引起的轉(zhuǎn)速限制難題,適用于各種高速領(lǐng)域。然而目前BPMSM調(diào)速系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)的方法,缺乏針對BPMSM特性的轉(zhuǎn)速控制研究,并且在BPMSM基速以上的轉(zhuǎn)速控制方法也少有研究;因為BPMSM不依靠機(jī)械軸承僅需懸浮力就能支承轉(zhuǎn)子,其質(zhì)量不平衡會產(chǎn)生較大偏心力,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)與轉(zhuǎn)速同頻的振動,在BPMSM高速狀態(tài)下會嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)子懸浮的穩(wěn)定性。本論文針對上述問題提出一種基于增磁調(diào)壓的BPMSM轉(zhuǎn)速控制方法,將弱磁控制應(yīng)用于BPMSM以實現(xiàn)電機(jī)基速以上的轉(zhuǎn)速控制,并對BPMSM不平衡補償控制進(jìn)行了研究。本論文在江蘇省重點研發(fā)計劃項目(BE2016150)的支持下,圍繞BPMSM的結(jié)構(gòu),工作原理,數(shù)學(xué)模型建立,調(diào)速控制及轉(zhuǎn)子振動補償?shù)葍?nèi)容展開研究。論文主要工作及成果如下:1.詳細(xì)介紹了BPMSM的機(jī)械結(jié)構(gòu),同時研究了電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子所受到的電磁力及其作用,并闡述了BPMSM懸浮力原理,再根據(jù)電磁力特性,推出了BPMSM懸浮力和轉(zhuǎn)矩精確數(shù)學(xué)模型,最后采用有限元分析來比較數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果以證明數(shù)學(xué)模型的正確性。2.為了減小BPMSM的轉(zhuǎn)速波動以及懸浮力負(fù)載對轉(zhuǎn)子懸浮性能的影響,提出了一種基于增磁調(diào)壓的BPMSM轉(zhuǎn)速控制,基于BPMSM數(shù)學(xué)模型,闡述了增磁調(diào)壓的原理,此外說明了增磁對電機(jī)突加負(fù)載時懸浮性能的作用,并基于增磁調(diào)壓控制設(shè)計了BPMSM控制系統(tǒng),提出了增磁和調(diào)壓的協(xié)同控制方式來提高轉(zhuǎn)速性能;然后提出了基于電壓調(diào)節(jié)法的BPMSM弱磁控制以實現(xiàn)電機(jī)基速以上的轉(zhuǎn)速控制,并采用了精確反饋線性化解耦控制以提高轉(zhuǎn)速的動態(tài)性能。最后利用仿真驗證了所提出控制策略的有效性。3.為了解決BPMSM轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均勻而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生同頻振蕩的問題,設(shè)計了一種新的不平衡補償控制策略,通過自動搜索轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)徑積,以此生成補償信號,并詳細(xì)闡述了BPMSM轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)徑積的自適應(yīng)搜索過程。與直接補償不平衡力相比,轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)徑積與轉(zhuǎn)速無關(guān),不需要實時對電機(jī)轉(zhuǎn)速同頻信號進(jìn)行采樣。最后通過仿真實驗證明了基于不平衡質(zhì)徑積的補償控制策略的可行性和有效性。4.依據(jù)BPMSM工作原理及要求,分別設(shè)計了BPMSM實驗平臺的軟件和硬件,以TMS320F2812 DSP為控制芯片建立了BPMSM的數(shù)字控制實驗平臺。在數(shù)字控制系統(tǒng)中進(jìn)行了基礎(chǔ)性實驗測試,證明了本文所設(shè)計數(shù)字控制系統(tǒng)的可行性,最后通過樣機(jī)實驗對上述提出的調(diào)速方案進(jìn)行驗證。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM341
【部分圖文】：

過高性能電力電子器件和信號處理器來實現(xiàn)，按照其實現(xiàn)方式可以分浮。目前，磁懸浮技術(shù)在磁懸浮列車、磁軸承與無軸承電機(jī)等驅(qū)動領(lǐng)承利用懸浮力繞組勵磁調(diào)節(jié)電磁力使軸承空間穩(wěn)定懸浮。相比傳統(tǒng)軸使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中與輔助軸承無機(jī)械接觸，在提高效率的同時大幅聲，并且解決了由于轉(zhuǎn)子機(jī)械摩擦導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速限制問題。此外，磁軸系統(tǒng)，適用于要求潔凈的場合。目前國內(nèi)外學(xué)者已對其做了全面深入心機(jī)、壓縮機(jī)、高速電主軸及分子泵等高速高精度儀器制造領(lǐng)域。但固有的缺陷，其中包括：①磁軸承功率的輸出能力受到其軸向長度的的組合會增加整體系統(tǒng)的軸向長度，從而導(dǎo)致工作特性受到臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量減小整體系統(tǒng)的軸向長度；②成本增加，磁軸承需要額外的勵生懸浮力，還增加了系統(tǒng)體積。因此，磁軸承支撐的電機(jī)在高功率和到技術(shù)瓶頸約束[2]，其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。

圖 1. 2 無軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1.2 The bearingless motor structure diagram步電機(jī)(Bearingless Permanent Magnet Synchronous 的無軸承化而提出來的，同時有永磁同步電機(jī)功率軸承無摩擦、潔凈和壽命長等優(yōu)勢[5]。由于電機(jī)轉(zhuǎn)定懸浮，要保持較強(qiáng)的氣隙磁場，而 BPMSM 的氣組且繞組允許通過較大的過載電流。因此，隨著電 比其他類型無軸承電機(jī)應(yīng)用前景更好[6]。技術(shù)研究現(xiàn)狀 BPMSM 研究較多，而另外三個自由度一般由球軸要控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的五個自由度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文和擾動，難以滿足實際應(yīng)用要求，并且表貼式 BPMSM 的的永磁體，從而導(dǎo)致懸浮力被削弱。為了提高徑向懸浮力埋式 BPMSM，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子五自由度懸浮運行。該電機(jī)結(jié)題，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，臨界轉(zhuǎn)速受限。文獻(xiàn)[10]構(gòu)，由一個電機(jī)單元和交流磁軸承構(gòu)成，如圖 1.4 所示，，該 BPMSM 的軸向長度大大減少，提高了臨界轉(zhuǎn)速和功獻(xiàn)[11]提出了一種錐形 BPMSM，其定轉(zhuǎn)子形狀并非是傳統(tǒng)構(gòu)。與圓柱型結(jié)構(gòu)不同，錐形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的懸浮力可以進(jìn)行徑軸向懸浮，無需附加軸向磁軸承。

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本文編號：2820874