大功率電機(jī)磁浮軸承系統(tǒng)及其應(yīng)用研究.pdf

1、磁浮軸承技術(shù)是上世紀(jì)60年代中期開(kāi)始研究的一項(xiàng)新的支承技術(shù)。它是利用電磁力使轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定懸浮起來(lái)的一種新型軸承，是集轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、機(jī)械學(xué)、力學(xué)、控制工程、電磁學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)于一體的最具代表性的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它具有無(wú)接觸、無(wú)摩擦磨損、轉(zhuǎn)速高、無(wú)需潤(rùn)滑和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，受到了工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注和系統(tǒng)研究。 論文首先介紹了磁浮軸承的特點(diǎn)、工作原理和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r、指出了磁浮軸承在工業(yè)應(yīng)用中仍存在的一些難題和發(fā)展趨勢(shì)，以和反應(yīng)

2、堆的氦氣循環(huán)風(fēng)機(jī)和電力飛輪儲(chǔ)能為背景，對(duì)大功率電機(jī)磁浮軸承系統(tǒng)進(jìn)行研究。 其次，對(duì)立式磁浮軸承電機(jī)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)，并對(duì)部分部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，研制了15kW磁浮軸承電機(jī)的樣機(jī)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的“遙測(cè)、遙調(diào)、遙控”功能。在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中提出并采用了一種新型的徑向軸承結(jié)構(gòu)，利用非磁性材料消除軸向軸承磁鐵和徑向軸承磁鐵之間、徑向軸承各磁鐵之間的磁場(chǎng)耦合，降低了軸承的磁阻和功耗，提高了效率，并詳細(xì)地計(jì)算了氣隙磁場(chǎng)及轉(zhuǎn)子渦流

3、對(duì)軸承性能的影響。同時(shí)提出采用軸向磁通結(jié)構(gòu)的徑向磁鐵，減小實(shí)心轉(zhuǎn)子的渦流效應(yīng)。 再次，對(duì)磁浮軸承系統(tǒng)具有的典型特點(diǎn)：差動(dòng)控制方式、傳感器的檢測(cè)方式、傳感器位置與電磁力不共點(diǎn)的處理、軸向推力盤傾斜對(duì)徑向軸承的影響、功率放大器的控制策略、電機(jī)的不平衡磁拉力對(duì)軸承系統(tǒng)的影響以及陀螺效應(yīng)的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析。在建立軸向軸承系統(tǒng)和徑向軸承系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，比較了傳統(tǒng)的PD和PID控制方式，針對(duì)電磁懸浮的非線性特性，采用了非線性PID

4、控制方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮控制。并提出用陷波器和交叉反饋控制來(lái)消除轉(zhuǎn)子不平衡和陀螺效應(yīng)的影響，提高系統(tǒng)的控制精度。 最后，針對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行了起伏和降落、加載和減載、沖擊干擾以及轉(zhuǎn)子不平衡4種典型工況的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得出了一些對(duì)工程應(yīng)用具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。 本文對(duì)主動(dòng)型磁浮軸承系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的理論分析和試驗(yàn)，探索了采用磁浮軸承支承的大功率、高轉(zhuǎn)速電機(jī)系統(tǒng)的性能特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，為大功率電機(jī)磁浮軸承的工業(yè)應(yīng)用奠定了理論和技