交流二自由度混合磁轴承设计与数字控制

发布时间：2020-11-18 08:30

　　 磁轴承具有无磨损、无需润滑和密封、高速度、寿命长等优良品质，从根本上革新了传统的支承方式。针对主动磁轴承的不足：体积大、直流功放功率损耗大、气隙偏小及成本高等，论文研究一种交流二自由度混合磁轴承，作为五自由度电主轴一端的两自由度悬浮支承。 交流混合磁轴承结构新颖、紧凑，易于采用高性能数字信号处理器DSP控制的三相逆变器来驱动。本文从磁轴承的结构和磁路出发，针对交流二自由度同极型混合磁轴承，开展了基础理论与试验研究，具体内容： 首先，采用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了推算，分析其工作原理，推导数学模型；根据数学模型提出控制策略，运用Matlab／Simulink构建出仿真系统，对磁轴承的启浮和悬浮特性进行分析，再对转子质量不平衡引起的振动进行研究，并建立四自由度刚性转子和柔性转子的模型。 其次，设计了样机参数，运用Ansoft公司的Maxwell3D有限元分析软件分别对交流二自由度混合磁轴承和交直流三自由度混合磁轴承的磁路、转子受力特性进行分析，验证了样机结构参数的合理性。 最后，设计了交流混合磁轴承以IPM为核心的三相逆变电路，并以减小交流磁轴承控制线圈中的电流纹波为出发点，提出了另一种驱动电路三电平功率逆变电路；基于TMS320F2812的交流磁轴承数字控制器的硬件结构，设计了交流磁轴承数字控制器的软件，并对交流二自由度混合磁轴承系统进行调试。 理论研究与实验结果表明：交流混合磁轴承结构合理紧凑、效率高、成本低，具有广泛潜在应用前景。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH133.3;TM571
【部分图文】：

在其它工业领域，磁轴承的应用有离心压缩机、汽轮发电机等等。磁轴承不仅能悬浮轻型、高速转子，亦能悬浮重达数十吨的转子，因而对重工业和能源工业的大型设备也有广泛的应用前景。如图1.1所示，美国的Levietronix公司将二自由度和三自由度永磁偏磁混合磁轴承作为高速电主轴系统的重要支承部件，成为磁轴承工业应用的典型。如图1.2所示，磁轴承系统的传感器，控制器和功率放大器都被集成到一块电路板上。扩续纂黑甜热称茄初咬份雌图1.1混合磁轴承支承的高速电主轴，.2交流混合磁轴承的研究意义图1.2混合磁轴承电控系统的硬件设备1.2.1研究目的对于一个径向主动磁轴承而启一，定子常常采用四个电磁铁磁极的布置结构，运行时需要四路单极性或者两路双极性直流功率放大器来驱动;可以设想通过采

业的大型设备也有广泛的应用前景。如图1.1所示，美国的Levietronix公司将二自由度和三自由度永磁偏磁混合磁轴承作为高速电主轴系统的重要支承部件，成为磁轴承工业应用的典型。如图1.2所示，磁轴承系统的传感器，控制器和功率放大器都被集成到一块电路板上。扩续纂黑甜热称茄初咬份雌图1.1混合磁轴承支承的高速电主轴，.2交流混合磁轴承的研究意义图1.2混合磁轴承电控系统的硬件设备1.2.1研究目的对于一个径向主动磁轴承而启一，定子常常采用四个电磁铁磁极的布置结构，运行时需要四路单极性或者两路双极性直流功率放大器来驱动;可以设想通过采

在这种三极式主动磁轴承中使用三相逆变器是有可能的，但需要另加一圈通以直流电产生偏磁磁通。这套线圈占用磁轴承内部很大空间，尤其转子需要密封的系统，需要将磁轴承尺寸设计得更大。对于这样的密封业应用泵或压缩机)，我们希望磁轴承能具有以下的特点:可以将气隙做得很大(>lmm);不需要直流偏磁线圈;结构小巧紧凑;交流混合磁轴承的提出基于以上的设想，提出了一种新型的磁轴承—交流混合磁轴承。只需体代替通以直流电的控制线圈来产生静态偏磁磁通，就可以解决以上仅仅使用一套三相逆变器来驱动三相线圈，节约了设计成本，缩小了体
【引证文献】

本文编号：2888528