無軸承永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)子不平衡補(bǔ)償研究（可編輯）

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1、江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文無軸承永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)子不平衡補(bǔ)償研究姓名:張濤申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):控制理論與控制工程指導(dǎo)教師:朱?秋20060610江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要無軸承電機(jī)以其無摩擦、無磨損、無需潤(rùn)滑和密封等一系列優(yōu)良特性,在能源交通、航空航天及機(jī)器人等高科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與磁軸承支承的電機(jī)相比,無軸承電機(jī)具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),徑向力繞組疊壓到電機(jī)的定子繞組上,不占用額外的軸向空間,電機(jī)軸向長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)的較短,臨界轉(zhuǎn)速可以非常高;與磁軸承電機(jī)相比,在轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度一定的情況下,電機(jī)的輸出功率得到大幅度的提

2、高。電機(jī)的結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單,維修方便,特別是電能消耗減少。傳統(tǒng)的磁軸承需要靜態(tài)偏置電流產(chǎn)生電磁力來維持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮,而無軸承電機(jī)的徑向力是基于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生,徑向力控制系統(tǒng)的功耗很小。因此,開展無軸承電機(jī)的研究,對(duì)推動(dòng)無軸承電機(jī)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人、航空航天等高科技領(lǐng)域,提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文的工作主要是采用有限元分析方法對(duì)無軸承永磁同步電機(jī)的內(nèi)部磁場(chǎng)進(jìn)行分析,計(jì)算其徑向力與轉(zhuǎn)矩,并對(duì)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡進(jìn)行補(bǔ)償控制研究,利用進(jìn)行了仿真分析。首先,在介紹無軸承電機(jī)工作原理和徑向力產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上,推

3、導(dǎo)出無軸承永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。接著,對(duì)無軸承永磁同步電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子、永磁體、氣隙進(jìn)行了設(shè)計(jì),用有限元分析軟件建立分析模型,對(duì)無軸承電機(jī)的運(yùn)行原理進(jìn)行了驗(yàn)證,計(jì)算了徑向力與徑向力繞組電流之間的關(guān)系,以及轉(zhuǎn)矩與徑向力繞組電流、轉(zhuǎn)矩繞組電流之間的關(guān)系,驗(yàn)證了等效電流公式的準(zhǔn)確性,并對(duì)永磁體厚度進(jìn)行了優(yōu)化;然后,再對(duì)存在質(zhì)量不平衡的無軸承電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了補(bǔ)償控制,基于前饋法設(shè)計(jì)了補(bǔ)償控制器,采用/工具箱對(duì)之進(jìn)行仿真,最后,在無軸承永磁同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的位移最小控制。研究結(jié)果表明,該方法能夠

4、提高轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)精度。關(guān)鍵詞:無軸承永磁同步電機(jī),質(zhì)量不平衡,無軸承電機(jī),振動(dòng)控制,有限元,本文得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助。江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文,,,,,,..,.’’,.,.,.....,,,.’,,...’,,,...,..’.;;:;;.獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容以外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承

5、擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:日期:年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。在年解密后適用本授權(quán)書。保密回,本學(xué)位論文屬于不保密口。,生披學(xué)位論文作者簽名:強(qiáng);勾易月≯日簽字日期:加年易月,瑁學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向:工作單位:電話:通訊地址:郵編:江蘇走學(xué)碩士學(xué)位論工第章緒

6、論無軸承電機(jī)概述‘。傳統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)中,電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用兩個(gè)機(jī)械軸承柬支承,因此轉(zhuǎn)子存運(yùn)動(dòng)過程中存在機(jī)械摩擦。機(jī)械摩擦不儀增加了轉(zhuǎn)子的摩擦阻力,使軸承磨損,降低軸承壽命,產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲,而且會(huì)造成部件發(fā)熱,使?jié)櫥瑒┬阅茏儾?嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電機(jī)氣隙不均勻,繞組發(fā)熱,溫升增大,從而降低機(jī)的效率,縮短“機(jī)的使用壽命,特別是在高速數(shù)控機(jī)床、渦輪分子泉、輪儲(chǔ)能等設(shè)備中需要川人功率的商,速或超高速電機(jī)柬驅(qū)動(dòng)。用機(jī)械軸承來支承高速乜機(jī)時(shí),電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)對(duì)機(jī)械軸玳振動(dòng)沖擊更大,軸承磨損更快,大幅度縮短了軸承和電機(jī)的使用壽命,為此用機(jī)械軸

7、承米支承高速電機(jī)“重制約著電機(jī)向更高速度和更大功率方向發(fā)腱。為了克服機(jī)械軸承的性能不足,近三年多午發(fā)展起來的磁軸承利用磁場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮,是使轉(zhuǎn)和定子之問沒有任何機(jī)械接觸的一種高件能軸承。由于磁軸承具有正摩擦、無磨損、無需潤(rùn)滑和密封、高速度、。。,...商精度、壽命長(zhǎng)等系列優(yōu)點(diǎn),從根本上改蚓々統(tǒng)的支承膩征能源妞。。苧銎芝嘎蘭。簍攀鬻珊器擻撇.三囂裹.領(lǐng)域得到了應(yīng)用。一個(gè)完整的磁軸承系圈.磁軸承生承的電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖統(tǒng)山轉(zhuǎn)了、傳感器、控制囂.功率放大器和電磁鐵組成。圖給Ⅲ了磁軸承支承的電機(jī)基本結(jié)構(gòu),這種電機(jī)山電機(jī)本體、兩個(gè)

8、徑向魁軸承和一個(gè)軸向融軸最組成,能夠在轉(zhuǎn)予的個(gè)由度施加控制力,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子完全懸浮。磷軸承支承的電機(jī)系統(tǒng)雖然具有以上一些特出的優(yōu)點(diǎn),但依然存在不足之處:】電機(jī)的輸?功率邢:以進(jìn)一步提高。為了提高電機(jī)的輸出功率,電機(jī)的軸向長(zhǎng)度和徑向尺寸必須隨加大。由于磁軸承在軸向和徑向都占有很大一部分體積,又為了在高速時(shí)能避升轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速,能盡量