磁力轴承功率放大器的设计与仿真

发布时间：2020-07-15 07:45

【摘要】：磁力轴承利用可控的电磁力将转子无接触地稳定悬浮,并且刚度与阻尼均可控可调,具有传统轴承无法比拟的优点,被称为是支承技术的一场革命。 功率放大器是磁力轴承控制系统的重要组成部分,它将控制信号放大或转换成有足够能量的功率信号以驱动电磁铁执行器,它的性能优劣对控制系统具有重要影响。 磁力轴承的特点决定了它需要高性能、高效率的功率放大器,同时也决定了一般的商品化功放很难满足使用要求,多数应专门设计,且设计中存在很大的难度和多样性。 为此,本文对磁力轴承系统的功率放大器进行了研究,主要工作如下: 在对磁力轴承的系统组成进行全面介绍的基础上,又以单自由度系统为例,详细分析了磁力轴承系统的数学描述,为功率放大器的分析做准备;从放大电路的四种模型入手,以电流控制的开关功放为主,对磁力轴承功率放大器的基本理论作了透彻分析,并且详细讨论了开关功放的结构组成,给出了按脉冲形成电路的不同而划分的开关功放的四种类型;对目前应用最广的PWM开关功放展开了研究,讨论了PWM调制器的实现方式,给出了PWM开关功放的一个设计示例,并介绍了几种基于PWM的新型开关功放;介绍了两款各有特色的仿真软件MATLAB\Simulink与MultiSIM,分别运用这两款软件对三电平PWM开关功放和三电平电流模式开关功放进行了仿真设计,并对结果进行了分析。 在总结全文的基础上,对磁力轴承功率放大器的研究进行了展望。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH133.3
【图文】：

武汉理_L大学硕士学位论文由文献可知，图2一5所示的简化模型中定子与转子间总的吸引力为:F=那onZA124xZ(2一1)那onZA4则有F:2=介三一”，，2人(2一2):声。为空气磁导率;n为线圈绕组的匝数;A为定子与转子铁芯间气隙k中令其的横截面积;i为线圈电流;x为工作气隙。图2一5磁力轴承计算模型当磁力轴承结构参数一定时，k为常数。因此，吸引力的大小与线圈电流的平方成正比，与气隙长度的平方成反比。2.2.1差动磁力轴承的力学模型前面己经提到，若要转子稳定悬浮，则磁力轴承必须对转子除轴向转动外的其余五个自由度施加控制。故实用的磁力轴承系统一般都是含有两个径向轴承和一个轴向轴承的五自由度系统。轴向轴承控制轴向的一个移动自由度，而两个径向轴承则分别控制两个相互正交的径向移动自由度。轴向和径向移动自由度之间是相互独立的，但四个径向自由度之间是祸合的。在解祸控制的情况下

武汉理工大学硕士学位论文图2一6单自由度差动磁力轴承系统的结构图2一6所示即为一个单自由度磁力轴承系统，其中转子的位置可由位移传感器及其变换电路、调节电路和功放电路组成的控制系统精密地控制。该系统由两个作用力方向相反的电磁铁组成差动激磁方式进行工作，这种布局使得系统既能产生正向力，又能产生反向力。当转子偏离参考位置，由传感器测出此时转子偏离参考位置的位移，位置控制器将这一位移信号变成控制电流，通过功率放大器的作用，一个磁铁的电流为偏置电流与控制电流之和，另一个为偏置电流与控制电流之差，从而分别改变两个电磁铁产生的吸力大小，使转子能稳定悬浮在给定位置。对于图2一6所示的单自由度差动磁力轴承系统

源获得输出电流，最高可达80V。SA60可为负载提供10A的连续电流，峰一值电流可达15A。在V=sSOv，I=L10A的情况下，效率为91%。图4一14为SA60PWM功放模块的外观图，图4一巧为SA60的内部结构框图。由图可知，SA60为典型的单芯片结构，内部主要由三个单元电路组成:PWM振荡器一产生占空比可调的驱动脉冲;隔离驱动一把驱动脉冲由一路变成两路来驱动全桥的四个MOSEFT;功放的主电路一它由四个MOSFET构成全桥电路结构。图4一14SA60的外观图图4一15SA60的内部结构框图采用表面安装技术的美国AMC公司生产的25A系列PWM伺服放大器，主要用于以高开关频率驱动电刷型直流电动机，由一个专门的红/绿LED来指示当

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