无轴承开关磁阻电机转子偏心振动控制

发布时间：2016-11-19 04:47

  本文关键词：基于有限元分析的磁悬浮开关磁阻电机数学模型的全角度拓展，由笔耕文化传播整理发布。

《南京航空航天大学》 2011年

无轴承开关磁阻电机转子偏心振动控制

张倩影  

【摘要】：开关磁阻电机(SRM)由于其双凸极结构简单坚固的优点,以及恶劣工况下的良好运行特性,引起了学术界和工业界的广泛关注。将无轴承技术引入SRM中,可充分发挥SRM的高速适应性。同时,通过对定、转子间不对称径向力的主动控制,有望改善SRM固有的振动和噪声问题。 本文以12/8结构的双绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM)为研究对象,针对电机实际运行中存在的转子磁偏心问题,分别从控制策略和绕组结构角度研究了不平衡振动的抑制方法,最后研究了无轴承开关磁阻电机的缺相运行。 简要介绍了无轴承开关磁阻电机的悬浮原理,总结分析了现有数学模型的推导思路和适用特点,为偏心振动控制策略的设计提供了依据。在此基础上,针对由于机械不平衡等原因引起的转子质量偏心问题,采用基于最小均方(LMS)算法的自适应凹陷滤波器对转子质量偏心引起的振动位移进行补偿。介绍了不平衡振动产生的具体原因,分析了振动位移的特点;详细介绍了自适应凹陷滤波器的原理及设计方法,并对该方案进行仿真分析及实验验证。 控制策略的设计并不是唯一的减振途径。针对电机的转子磁偏心情况,本文从本体结构的角度,研究了主绕组线圈在不同连接方式下转子磁偏心对定转子振动的影响。提出了适用于减小无轴承开关磁阻电机偏心振动的主绕组连接方式。 最后,研究了无轴承开关磁阻电机的缺相运行,比较了正常运行和缺相运行时电机的定子极振动情况,设计了缺相控制策略并进行了实验验证。

【关键词】：
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM352
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-9

图表清单9-11

注释表11-13

第一章 绪论13-19

1.1 无轴承电机的研究背景13-14

1.1.1 磁悬浮技术的发展13-14

1.1.2 无轴承电机的结构14

1.2 开关磁阻电机14-16

1.2.1 开关磁阻电机的研究现状14-15

1.2.2 开关磁阻电机的振动噪声15-16

1.3 无轴承开关磁阻电机的研究现状16-17

1.4 本课题研究背景17

1.5 课题的研究思路及本文结构安排17-19

1.5.1 研究思路17-18

1.5.2 结构安排18-19

第二章 无轴承开关磁阻电机的基本理论19-32

2.1 双绕组BSRM 悬浮原理19

2.2 数学模型19-31

2.2.1 BSRM 转子角度定义20

2.2.2 不考虑径向悬浮力耦合的线性数学模型20-24

2.2.1.1 磁导表达式20-21

2.2.1.2 电感矩阵21-23

2.2.1.3 悬浮力表达式23-24

2.2.1.4 转矩表达式24

2.2.1.5 数学模型分析24

2.2.3 基于有限元分析的的BSRM 全角度数学模型24-29

2.2.3.1 BSRM 的有限元分析25

2.2.3.2 气隙磁导计算25-27

2.2.3.3 电感计算27-28

2.2.3.4 悬浮力计算28

2.2.3.5 转矩计算28-29

2.2.3.6 数学模型分析29

2.2.4 基于麦克斯韦应力法的数学模型29-31

2.2.4.1 基于麦克斯韦应力法的基本公式29-30

2.2.4.2 磁路法计算磁密30-31

2.2.4.3 定子极径向力31

2.2.4.4 数学模型分析31

2.3 本章小结31-32

第三章 无轴承开关磁阻电机转子质量偏心补偿控制32-43

3.1 不平衡振动的产生和特点32-34

3.1.1 不平衡振动的产生32-33

3.1.2 转子偏心振动的特点33-34

3.2 偏心补偿的方法34-35

3.3 自适应凹陷滤波器补偿控制35-42

3.3.1 自适应凹陷滤波器的设计35-36

3.3.2 系统仿真与分析36-39

3.3.3 实验与分析39-42

3.4 本章小结42-43

第四章 主绕组连接方式对BSRM 转子偏心振动的影响43-50

4.1 双绕组BSRM 的绕组结构43-44

4.2 主绕组串并联支路数对转子偏心振动的影响44-47

4.3 仿真分析47-49

4.3.1 主绕组方波控制策略47-48

4.3.2 绕组电流48-49

4.3.3 定子极径向力49

4.4 本章小结49-50

第五章 无轴承开关磁阻电机的缺相运行50-59

5.1 正常工作状态的控制50-51

5.2 缺相运行控制51-53

5.3 缺相时的电机振动分析53-55

5.3.1 绕组电流分析53

5.3.2 定子径向力分析53-55

5.3.2.1 时域分析53-54

5.3.2.2 频域分析54-55

5.4 实验分析55-58

5.4.1 缺相控制策略的验证55-56

5.4.2 缺相运行时的定子振动分析56-58

5.5 本章小结58-59

第六章 总结与展望59-60

6.1 本文主要工作59

6.2 后续研究工作展望59-60

参考文献60-66

致谢66-67

在学期间的研究成果及发表的学术论文67

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本文编号：181976