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磁路饱和对无轴承永磁电动机悬浮力的影响

微电机 2008年第9期41卷 10-12页

作者：魏华黄嵩严欣平辛懋重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

无轴承永磁电动机磁路饱和趋势较传统电机严重,对径向悬浮力有较大影响。运用有限元数值计算方法,对一台无轴承永磁电动机在不同磁路饱和状态下的径向悬浮力进行分析计算,得出径向悬浮力随悬浮绕组电流变化规律受磁路饱和的影响关系,其... 详细信息

无轴承永磁电动机磁路饱和趋势较传统电机严重,对径向悬浮力有较大影响。运用有限元数值计算方法,对一台无轴承永磁电动机在不同磁路饱和状态下的径向悬浮力进行分析计算,得出径向悬浮力随悬浮绕组电流变化规律受磁路饱和的影响关系,其结论为描述无轴承永磁电动机非线性模型奠定了基础,对电机的优化设计和提高悬浮力控制精度有较好的指导意义。

关键词：无轴承永磁电动机悬浮力磁路饱和有限元分析

基于DSP的定子永磁型无轴承双凸极电机控制研究

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基于DSP的定子永磁型无轴承双凸极电机控制研究

作者：李文杰南京信息工程大学

学位级别：硕士

定子永磁型电机结构简单,转子上既无绕组、又无永磁体,机械强度高,适合高速运行;永磁体位于定子,易于采取冷却措施,可有效避免永磁体过热所产生的不可逆去磁。无轴承电机拥有无需润滑、不产生摩擦损耗、效率高、功率密度高、转速上限高... 详细信息

定子永磁型电机结构简单,转子上既无绕组、又无永磁体,机械强度高,适合高速运行;永磁体位于定子,易于采取冷却措施,可有效避免永磁体过热所产生的不可逆去磁。无轴承电机拥有无需润滑、不产生摩擦损耗、效率高、功率密度高、转速上限高等优点。本文研究的一种新型定子永磁型无轴承双凸极（Stator permanent magnet bearingless doubly salient,以下简称SPMBDS）电机将这两者的优点集于一身。论文主要研究成果包括以下几个方面:1、在研究SPMBDS电机结构的基础上,对其旋转部分数学模型进行了推导。运用麦克斯韦理论对径向悬浮力的产生原理进行了详细分析,求解了SPMBDS电机的电感、气隙磁导等参数,推导出磁能表达式,基于磁能表达式求解SPMBDS电机的径向悬浮力,进一步简化推导所得的SPMBDS电机径向悬浮力部分数学模型;2、针对电机旋转部分数学模型,建立了基于Matlab/Simulink的SPMBDS电机旋转控制系统稳态与动态仿真模型,并在不同负载或不同转速等条件下进行了仿真研究;3、针对SPMBDS电机旋转控制系统稳态与动态仿真结果,搭建了基于DSP的电机控制系统实验平台并进行了实验研究,实验结果进一步验证了SPMBDS电机旋转部分数学模型的正确性;4、针对径向悬浮力数学模型,建立了基于Matlab/Simulink的SPMBDS电机动态悬浮仿真模型,在空载、带载以及负载突变的情况下,得到转子在x、y轴方向上的位移波形和轴心轨迹波形,并通过分析波形特征验证了电机旋转悬浮的可行性;5、基于DSP的电机控制系统平台对SPMBDS电机转子进行单方向与双方向静态悬浮实验,获得了转子在空载、负载突变等多种情况下的位移波形。实验结果进一步验证了SPMBDS电机径向悬浮力部分数学模型的正确性。综上所述,本文分析SPMBDS电机运行原理,推导其数学模型,并在此基础上,搭建了基于Matlab/Simulink的SPMBDS电机旋转部分稳态、动态及悬浮仿真模型,研制了基于DSP的电机实验平台并进行实验验证,实验结果很好的证明了电机数学模型的正确性。

关键词：双凸极电机无轴承悬浮力原理数学模型 DSP

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六相无轴承薄片电机容错控制技术研究

六相无轴承薄片电机容错控制技术研究

作者：盛旺南京航空航天大学

学位级别：硕士

无轴承薄片电机除了具有普通无轴承永磁电机自有的无润滑、无机械噪音、寿命长、集成度高等优点以外,还具有结构简单、轴向利用率高、体积小、成本低、可靠性高等特点。因而其在医疗化工、现代半导体工业、生命科学、航空航天等超纯净... 详细信息

无轴承薄片电机除了具有普通无轴承永磁电机自有的无润滑、无机械噪音、寿命长、集成度高等优点以外,还具有结构简单、轴向利用率高、体积小、成本低、可靠性高等特点。因而其在医疗化工、现代半导体工业、生命科学、航空航天等超纯净领域以及高速驱动领域具有独特的应用优势。本文以六相无轴承薄片电机为研究对象,研究其故障状态下的容错控制技术,主要研究内容包括:首先,介绍了六相无轴承薄片电机的结构及工作原理,推导了某相绕组发生短路故障时的短路电流表达式,研究了短路电流与电机各参数之间的关系;并分析了某相绕组突然发生短路故障后,短路电流对转子所受悬浮力与转矩的影响。其次,提出了基于定子电流重构原则的短路故障容错控制策略。该策略通过对非故障相绕组定子电流加入悬浮力与转矩分量进行补偿,满足了电机稳定运行所需的悬浮力与转矩,并给出各相绕组出现短路故障时的非故障相绕组定子电流数学模型。在此基础上,结合断路与短路故障容错控制策略,又提出了适用于一般故障状态更具通用性的容错控制策略,并研究了该电机各种故障状态下容错控制的可行性。仿真分析与实验结果均验证了本文所述容错控制策略的正确性。最后,建立了六相无轴承薄片电机的有限元仿真模型。基于故障后故障相绕组定子电流的特点,提出了一种断路及短路故障检测方法,可以实时判断电机的工作状态。并设计了实验平台的控制系统软件,包括:转子转角及转速计算、悬浮力及转矩计算、故障检测程序以及上述两种容错控制策略的控制程序。

关键词：容错控制无轴承短路故障故障检测薄片电机

基于DSP28335的无轴承永磁薄片电机数字控制系统的研究

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基于DSP28335的无轴承永磁薄片电机数字控制系统的研究

作者：刘秀南京航空航天大学

学位级别：硕士

无轴承永磁薄片电机是一种集驱动与悬浮功能于一体的新型电机,该电机具有定转子无接触、易隔离、结构简单、可靠性高、成本较低等优点,在生化、医疗、机电等超洁净驱动领域具有独特的应用优势。本文针对无轴承永磁薄片电机控制系统以及... 详细信息

无轴承永磁薄片电机是一种集驱动与悬浮功能于一体的新型电机,该电机具有定转子无接触、易隔离、结构简单、可靠性高、成本较低等优点,在生化、医疗、机电等超洁净驱动领域具有独特的应用优势。本文针对无轴承永磁薄片电机控制系统以及电机本体的优化进行了深入的研究。通过建立无轴承永磁薄片电机三维模型,分析了该电机的被动悬浮特性以及转子动力学特性;搭建了基于TMS320F28335无轴承永磁薄片电机数字控制系统平台,采用Matlab内部集成工具箱完成该数字控制系统软件开发,并生成DSP可执行代码;建立无轴承永磁薄片电机控制系统的Simulink模型,通过仿真验证了悬浮及驱动控制算法的正确性;完成了无轴承永磁薄片电机系统的综合调试,并最终实现了一台永磁无轴承薄片电机空载条件下的高速稳定悬浮运行。首先,从无轴承永磁薄片电机的基本原理出发,利用ANSYS Workbench有限元分析软件建立了无轴承永磁薄片电机三维模型,通过有限元电磁场仿真分析及验证,深入研究了永磁薄片电机结构参数对转矩和悬浮力的影响。在此基础上,研究了转子在轴向和扭转方向有扰动时的转子动力学特性,为无轴承薄片电机的优化设计奠定了基础。其次,针对电机高速悬浮旋转时对控制单元运算速度的高要求,本文设计了一套基于TMS320F28335的无轴承永磁薄片电机数字控制系统平台,该DSP芯片自带硬件浮点运算单元,可以大大提高复杂算法的运算速度,有效增强控制系统的实时处理能力。在硬件方面充分利用该DSP芯片的丰富外设接口,简化了系统结构,为实现高速永磁型无轴承电机悬浮控制提供了可靠的硬件实验平台。此外,无轴承电机控制算法复杂,软件开发周期较长。本文首次将Matlab工具箱开发DSP软件的方法引入到无轴承电机研究中来,该方法简化了DSP软件开发流程,免除了程序编码任务,降低了开发人员对DSP了解的要求,缩短了软件算法开发时间。文中详细介绍了利用Matlab工具箱开发DSP软件方法,搭建了无轴承永磁薄片电机的控制系统算法模型,仿真验证了控制算法的正确性,并最终生成可执行代码,为实现高速永磁型无轴承电机悬浮控制提供了高效的软件开发平台。最后,通过系统综合调试验证了系统软、硬件设计的正确性,实现了一台永磁无轴承薄片电机高转速下的稳定悬浮运行。

关键词：薄片电机无轴承 ANSYS Workbench TMS320F28335 Matlab

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永磁同步电动机的无轴承技术研究

永磁同步电动机的无轴承技术研究

作者：仇志坚南京航空航天大学

学位级别：硕士

无轴承技术利用磁轴承与电机结构的相似性，将悬浮控制绕组和转矩绕组叠绕于电机定子中，通过电力电子和微机控制使得电机同时具备旋转和悬浮功能。无轴承电机不仅具有磁轴承电机的优点，而且具备轴向利用率高、体积小、功耗低的特点，... 详细信息

无轴承技术利用磁轴承与电机结构的相似性，将悬浮控制绕组和转矩绕组叠绕于电机定子中，通过电力电子和微机控制使得电机同时具备旋转和悬浮功能。无轴承电机不仅具有磁轴承电机的优点，而且具备轴向利用率高、体积小、功耗低的特点，在空间技术、真空及净室技术、高速电机等领域具有广泛的应用前景。近年来，无轴承电机领域的研究已经获得了飞速的发展。将无轴承技术运用到普通永磁同步电动机上不仅可以拓展无轴承电机的理论和应用范围，而且可以充分发挥永磁同步电动机控制方便、结构简单、效率高、功率密度大的长处。本文阐述了无轴承永磁同步电动机的工作原理，推导了无轴承永磁同步电动机的数学模型。在此基础上，设计和实现了基于LF2407A数字控制的硬件和软件系统。通过对整个无轴承永磁同步电动机系统的实验调试，实现了无轴承永磁同步电动机的稳定悬浮。

关键词：永磁电机无轴承数字控制系统 DSP

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单绕组无轴承开关磁阻电动机控制策略的研究

单绕组无轴承开关磁阻电动机控制策略的研究

作者：李群南京航空航天大学

学位级别：硕士

无轴承开关磁阻电机（BSRM）集磁轴承功能与电机功能于一体，在航空航天、军事、民用等领域具有重要的应用特色。传统的BSRM采用双绕组结构，电机设计较复杂且通用性较差。单绕组BSRM与普通开关磁阻电机的本体结构相同，其定子上无需额... 详细信息

无轴承开关磁阻电机（BSRM）集磁轴承功能与电机功能于一体，在航空航天、军事、民用等领域具有重要的应用特色。传统的BSRM采用双绕组结构，电机设计较复杂且通用性较差。单绕组BSRM与普通开关磁阻电机的本体结构相同，其定子上无需额外增加悬浮绕组即可实现悬浮旋转。因此BSRM的单绕组技术越来越受到关注。本文以简化单绕组BSRM数学模型为研究目标，解决绕组电流控制复杂的问题。论文在阐述双绕组BSRM工作原理和数学模型的基础上，提出利用现有双绕组BSRM基础理论并结合磁势相等等效原理，建立了单绕组无轴承开关磁阻电机各绕组电流的数学模型。借助Ansys和Matlab/Simulink软件，仿真验证了等效数学模型的正确性。同时在等效模型的基础上，以瞬时悬浮力为控制目标，研究了单绕组BSRM空载条件下的瞬时悬浮力控制策略，并进行了实验，实现了单绕组BSRM的稳定悬浮，从而验证了瞬时悬浮力控制的有效性。为解决电机转速升高后，绕组电流实时计算和控制次数减少，电流跟踪控制精度下降的问题，本文借鉴双绕组BSRM中控制超前角的方法，以平均悬浮力为控制目标，研究了单绕组BSRM平均悬浮力控制策略，分析了超前角对绕组电流的影响，并实验验证了平均悬浮力控制策略的可行性。同时通过理论分析对单、双绕组BSRM工作区域进行了对比，指出单绕组BSRM的工作区域比双绕组BSRM有着明显的拓展，从而更具工业应用价值。

关键词：开关磁阻电机无轴承单绕组等效原理控制策略