磁悬浮轴承系统硬件电路设计与研究
发布时间：2020-10-24 05:42
磁悬浮轴承利用电磁力使转子稳定悬浮,旋转轴之间无机械接触,具有无摩擦、无润滑、转速高以及寿命长等优点,是未来高速旋转机构支撑轴承的主要发展方向。 一套完整的磁悬浮旋转驱动系统,至少包括两台径向磁轴承、一台轴向磁轴承以及一台电动机,系统硬件电路包括检测、功率驱动、外围保护以及电源等模块,结构较复杂。而且,若电动机采用变频器单独控制,硬件系统较分散,控制器之间通讯不便,整体抗干扰能力差。为此,本文将电动机和磁轴承的控制器集成于一体,进行整体电路设计,以达到减小体积、降低成本的目的,并进一步提高磁悬浮轴承系统的精度、稳定性和抗干扰能力。 本文以径向载荷为800N、轴向载荷为1000N以及驱动电机功率为550W的磁悬浮驱动系统为研究对象,设计了以TMS320LF2407A为主控制器的系统硬件电路总体结构。在分析位移、电流、电压、速度等参量的实时检测原理的基础上,根据DSP实际工作电压要求对采样电路进行了整体设计,并采用PSPICE电路仿真软件对所设计电路进行了仿真研究和改进。 选取IGBT和IPM为磁悬浮轴承和电动机功率驱动模块的核心元件,分析了其具体工作原理和特性,并设计了相关的隔离、驱动和保护等电路。针对IPM驱动单元,设计了四路不共地的15V电源,并附加了隔离保护、滤波以及稳压等功能,实验结果显示,采用滤波、稳压措施可有效消除谐波,提高输出精度。 设定磁悬浮轴承转速为10000r/min,并以位移、速度、电流、电压等检测电路的实际输出为依据,分析了检测信号中高频干扰的原因和成分,并据此设计了采样滤波电路,结合仿真得出了适合磁悬浮轴承系统的滤波电路结构和参数。 最后,对系统硬件电路进行了整体规划,并制成印刷电路板(PCB),以提高系统抗干扰能力为目标,改进了布局和布线,并进一步探讨了电磁屏蔽等抗干扰措施。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：
应用前景近些年被广泛的关注和研究。随着科学技术的发展，更多的高科技领域将用到磁悬浮轴承，它将在各个领域中发挥出去巨大的作用，全球对其研究热情极度升温。磁悬浮轴承结构如图1.1所示。径向磁悬浮轴承磁架由承·电机径向磁悬浮轴承正正正 贾贾贾 !!!耳耳1…{!……{}…}!{1{，，可可皿皿皿 皿 皿 皿 皿图1.1磁恳浮轴承结构小愈图 Fig.1.1SketehmaP0fstructure0fmagneticbearingsystem1842年英国剑桥大学的Earnshaw提出了磁，甘浮的确切概念，同时证明了铁磁体不可能仅由另一个永久磁铁支承而在六个自由度上都保持自由、稳定的悬浮，而必须至少有一个自由度被机械或其它约束所消除才能实现!3】。然而真正意义上的磁悬浮的研究是在二十世纪初电磁相吸原理在磁悬浮车辆中应用才‘开始的。德国的Kenper于1937年申请了第一个磁悬浮支承技术的专利，并在专利的基础1:面得出了要使得铁磁体实现稳定
第__章磁轴承的采样检测电路设讨馨熟缈攀一基;…摹粼攀翔黔嘿摧鄂臀攒摹巍瓤攘彝图2.2电洲流f专感器静态t，J、定 Fig.2.2Statie一 StateCalibrationofEddyCurrentSensor鬃鬃 鬃巍 巍蘸蘸蒸黝 黝 鬓鬓燕菠菠羹羹耀耀鸯象黑鑫麟藩豢 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;戮 戮 戮 戮 戮戮鬓蓦线轰葬撇}缓鹅妻鬓掀籍巍绷 绷 黔黔 黔鑫鑫篡篡鬓纂纂鬓 鬓缨缨蘸{蘸蘸蘸蘸巍 巍 鑫鑫鑫暴暴姿毅盛】l豁纂 纂麟麟黝藻蒸嫩蒸熟骡骤 骤 ………澎澎馨 馨 馨翻琳凝缎游吟娜梢哭集翌摄盆益后后 夔 夔夔夔 夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔纂 纂 纂 纂纂纂 纂鬓摹鬓馨羹藻蘸藻麒纂暴毅 毅纂 纂 纂 纂 纂 纂纂篆耀凳蒸彝蒸}拳】熟 熟碳 碳 碳 碳 碳 碳碳纂瀑蘸蘸蘸纂 纂纂纂羹绷婆葵裳{撼辙麟姗巍翻那翻组翻翻辘辘l瀚穿 穿 簇簇戳潍数朔器狱熟蒸藻撇魏数李璧牲越拼豁 豁 7‘eeweeeeseseseses一108， 0911111211311411矛图2.3传感器标定结果{’91 F19.2.3CalibrationResultofSensor2.2.3位移检测电路由于经过位移传感器输出的电压范围为一9.5V一n.SV
当输出电压为一10V时，记录此时的位移为中线性点位置。在一10V的位置使被测件向前、向后以0.01毫米的位移移动，测得线性中点为1.112mm即一10V的位置，经过计算可得传感器的灵敏度为8.5州脚。将测得的数据进行拟合后得到如图2.3所示的标定曲线。根据标定结果得轴向位移为士0.05mm，对应的电压变化量为士0.43V，因为转子在平衡位置时传感器的输出电压为一10V，所以对应的输出电压为C10+0.43)V一C10一0.43)V，即一9.57V一10.43V，本文中取一9.5v一10.sv为位移变化区I’ed进行计算。
【引证文献】
本文编号：2854090
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：
应用前景近些年被广泛的关注和研究。随着科学技术的发展，更多的高科技领域将用到磁悬浮轴承，它将在各个领域中发挥出去巨大的作用，全球对其研究热情极度升温。磁悬浮轴承结构如图1.1所示。径向磁悬浮轴承磁架由承·电机径向磁悬浮轴承正正正 贾贾贾 !!!耳耳1…{!……{}…}!{1{，，可可皿皿皿 皿 皿 皿 皿图1.1磁恳浮轴承结构小愈图 Fig.1.1SketehmaP0fstructure0fmagneticbearingsystem1842年英国剑桥大学的Earnshaw提出了磁，甘浮的确切概念，同时证明了铁磁体不可能仅由另一个永久磁铁支承而在六个自由度上都保持自由、稳定的悬浮，而必须至少有一个自由度被机械或其它约束所消除才能实现!3】。然而真正意义上的磁悬浮的研究是在二十世纪初电磁相吸原理在磁悬浮车辆中应用才‘开始的。德国的Kenper于1937年申请了第一个磁悬浮支承技术的专利，并在专利的基础1:面得出了要使得铁磁体实现稳定
第__章磁轴承的采样检测电路设讨馨熟缈攀一基;…摹粼攀翔黔嘿摧鄂臀攒摹巍瓤攘彝图2.2电洲流f专感器静态t，J、定 Fig.2.2Statie一 StateCalibrationofEddyCurrentSensor鬃鬃 鬃巍 巍蘸蘸蒸黝 黝 鬓鬓燕菠菠羹羹耀耀鸯象黑鑫麟藩豢 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;戮 戮 戮 戮 戮戮鬓蓦线轰葬撇}缓鹅妻鬓掀籍巍绷 绷 黔黔 黔鑫鑫篡篡鬓纂纂鬓 鬓缨缨蘸{蘸蘸蘸蘸巍 巍 鑫鑫鑫暴暴姿毅盛】l豁纂 纂麟麟黝藻蒸嫩蒸熟骡骤 骤 ………澎澎馨 馨 馨翻琳凝缎游吟娜梢哭集翌摄盆益后后 夔 夔夔夔 夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔夔纂 纂 纂 纂纂纂 纂鬓摹鬓馨羹藻蘸藻麒纂暴毅 毅纂 纂 纂 纂 纂 纂纂篆耀凳蒸彝蒸}拳】熟 熟碳 碳 碳 碳 碳 碳碳纂瀑蘸蘸蘸纂 纂纂纂羹绷婆葵裳{撼辙麟姗巍翻那翻组翻翻辘辘l瀚穿 穿 簇簇戳潍数朔器狱熟蒸藻撇魏数李璧牲越拼豁 豁 7‘eeweeeeseseseses一108， 0911111211311411矛图2.3传感器标定结果{’91 F19.2.3CalibrationResultofSensor2.2.3位移检测电路由于经过位移传感器输出的电压范围为一9.5V一n.SV
当输出电压为一10V时，记录此时的位移为中线性点位置。在一10V的位置使被测件向前、向后以0.01毫米的位移移动，测得线性中点为1.112mm即一10V的位置，经过计算可得传感器的灵敏度为8.5州脚。将测得的数据进行拟合后得到如图2.3所示的标定曲线。根据标定结果得轴向位移为士0.05mm，对应的电压变化量为士0.43V，因为转子在平衡位置时传感器的输出电压为一10V，所以对应的输出电压为C10+0.43)V一C10一0.43)V，即一9.57V一10.43V，本文中取一9.5v一10.sv为位移变化区I’ed进行计算。
【引证文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 陈寅玺;磁悬浮流体机械中电源系统的设计[D];南京航空航天大学;2012年
2 邱超;磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊PID控制的研究[D];沈阳工业大学;2013年
本文编号：2854090
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