高速磁悬浮电机三段式转子动力学分析研究

为解决高速磁悬浮电机三段式转子的动力学分析问题,基于Workbench有限元仿真平台完成了三段式转子建模、模态振型计算、坎贝尔图求解、不平衡响应分析。总结讨论了关键因素对三段式转子的动力学特性的影响规律,并通过模态试验对转子建模的合理性进行了验证。仿真结果与实验结果误差在5%,证明了建模及分析方法的可靠性,为应用在高速磁悬浮电机上同类转子的进一步优化设计和不平衡响应抑制提供理论参考。

磁悬浮电机断电重启控制策略研究

磁悬浮电机采用电磁轴承支撑转轴,当其应用于不间断运行场合且发生短时断电时,要求电机在电网恢复后能快速重启,且断电时间内磁轴承能持续供电,以免转轴跌落损毁。针对该问题,提出一种高可靠的磁悬浮电机断电重启控制策略,高速断电时采用电压电流双闭环控制,对电机进行无传感矢量发电控制,电网恢复后进行带速重启,外环快速切换至转速环,电机重新进入矢量电动控制模式;低速断电时,采用升压式能量回馈制动控制,电网恢复后待电机制动完全再进行零速重启。仿真及实验结果验证了该方法的有效性,相比传统的电机制动完全后再零速重启的方法,高速断电下能极大缩短重启时间。

磁悬浮电机解耦控制方法综述

磁悬浮电机具有机械非接触、多变量控制、非线性和强耦合等特点,其非线性、强耦合特性严重制约了该类电机的高性能运动控制,探索有效的解耦控制方法是实现此类电机可靠运行的必由途径。论文综述了国内外已有的主要磁悬浮电机解耦控制方法,分析了磁悬浮无轴承电机径向悬浮力与电磁转矩、两个径向悬浮力的解耦控制方法,讨论了磁悬浮直线电机水平与竖直电磁力的解耦控制方法,探讨了磁悬浮平面电机电磁力与力矩、各驱动单元电磁力的解耦控制方法,为进一步研究磁悬浮电机的高性能运动控制奠定了基础。

非线性接触下磁悬浮电机柔性转子系统模态分析

针对磁悬浮电机转子系统模态分析误差较大的问题,提出考虑转子组件间的非线性接触行为,基于罚函数方法通过修正优化接触刚度因子实现对电机柔性转子系统模态的精确分析。通过建立弹性支承转子–轴承系统有限元分析模型,得到了在不同的支承刚度下转子系统前10阶固有频率的仿真值及变化规律。进行模态测试实验验证,结果表明仿真分析和测试值吻合较好,并对加动平衡环后的转子系统进行固有频率的仿真,其结果的准确性在试验样机穿越临界转速时得到了验证。

一种新型的五自由度磁悬浮电机

介绍了一种新型的五自由度磁悬浮电机系统 ,它由两自由度无轴承电机和三自由度磁轴承两个独立悬浮单元构成。其中无轴承电机将悬浮绕组与转矩绕组叠绕在一起 ,同时实现转矩驱动和转子两自由度径向悬浮 ;三自由度磁轴承利用单极永磁偏置磁场实现转子轴向悬浮以及两自由度径向悬浮。该电机结构紧凑 ,有利于向大功率、高转速方向发展。文中介绍了悬浮力产生的基本原理 ,简要推导了系统数学模型 ,给出了控制系统框图。最后对实验样机转子在五个自由度上的悬浮情况以及绕组电流变化进行了测量和分析。实验结果验证了所述原理和控制方案的正确性。

高速磁悬浮电机电磁轴承变偏置电流控制

针对高速磁悬浮电机电磁轴承采用固定偏置电流导致功耗较大问题,在控制电流采用PID控制基础上,介绍了一种变偏置电流减小电磁轴承功耗的控制方法。推导出电磁轴承功耗与偏置电流关系,结合约束条件,得到最低功耗时偏置电流关于转子位移偏差的函数表达式。为了提高系统快速响应能力,在实际应用中对偏置电流函数表达式进行近似线性化处理。仿真和实验结果表明:该方法既能保证磁悬浮轴承系统稳定起浮,同时静态悬浮和降速过程中降低轴承线圈铜耗达94%,电机转频达700 Hz时降低轴承铁耗约为74%,降低功耗效果明显。

磁悬浮电机及其应用的发展趋势

概述了传统电机存在的问题,阐述了磁悬浮电机的基本原理、控制技术、应用领域及其发展趋势。

基于算法的磁悬浮电机拖动系统多频率振动控制方法与实验研究

针对高速磁悬浮电机拖动系统中转子本身的不平衡振动和由于不对中导致旋转时产生二倍转频振动,提出一种基于FIR滤波器的自适应前馈控制方法,把转子之间的扰动看成是不同频率的扰动,对两轴建立数学模型,将自适应滤波器的输出作为补偿信号与扰动相抵消.通过广义根轨迹分析了加入了前馈控制后对磁轴承控制系统稳定性的影响,并分析了在不同步长不同阶数下自适应前馈控制器的性能.仿真结果表明,该方法能有效地抑电动机转子轴的基频和二倍频振动,在电机对拖实验中,当转速为10 000 r/min时,转子基频和二倍频振动增益分别减小12.1d B和19d B,位移跳动量降低了67.56%.

用于小卫星姿态控制的磁悬浮电机设计

磁悬浮电机是近年来在普通电机基础上发展起来的一种新型结构电机,它利用同一组线圈来实现电机的旋转和转子的悬浮,因此这种电机具有体积小、结构简单、无接触、寿命长等优点.介绍的轴向磁悬浮电机采用的结构是转子悬浮在两个盘式定子之间,转子的轴向位移和转速主动控制,其他的自由度采用被动控制,因此相对于径向磁悬浮电机来说这种结构更紧凑、控制更简单,因此非常适用于对体积和力矩要求严格的航空领域.介绍了一种用于小卫星姿态控制的微型磁悬浮电机的设计方法.这种电机的两个主要参数是轴向悬浮力和电机的转矩,为了对其进行优化,采用三维有限元软件对电机进行了仿真计算.

高速磁悬浮电机转子低频振动干扰观测与抑制研究

针对磁悬浮电机高速时由于低频振动导致转子失稳问题,利用改进型干扰观测器对磁悬浮电机转子在高速时的低频振动进行观测,进而在控制器中对其进行抑制。此改进型干扰观测器不仅能正确观测出磁悬浮转子高速时的低频振动,还能有效克服磁悬浮转子高速时形变带来的影响。以100kW磁悬浮电机为实验平台,对转子在24 000r/min时进行实验验证。实验表明,加入改进型干扰观测器的主动磁轴承系统相较于原系统,磁悬浮电机转子低频增益减小了20dB,转子的跳动量减小了36.8μm,控制精度提高了63.89%。结果表明:改进型干扰观测器的加入有效抑制了磁悬浮电机转子高速时的低频振动,提高了磁悬浮电机高速时的稳定性。

高速磁悬浮电机的发热与冷却研究

针对高速磁悬浮电机发热严重的问题,采用有限元方法建立了电机定子发热模型,并且分析了材料对电机铁心损耗的影响。考虑转子表面的摩擦,计算出电机转子风摩擦损耗。针对谐波电流引起的转子涡流损耗在高速磁悬浮电机中会引起转子很高的温升的问题,研究了一种计算高速磁悬浮电机转子涡流损耗的解析计算方法。针对转子涡流损耗的问题,采用了一种加感抗器减小谐波涡流损耗从而降低温度的有效方法。实验结果表明,加感抗器能有效减小谐波电流、降低电机温度。

磁悬浮电机转子加强环设计及工艺研究

针对某型号磁悬浮永磁电机转子磁环胶接强度不能满足工作要求的问题,提出采用M46 J/L1000复合材料缠绕加强环的保护设计方案,根据工艺实验结果,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对该结构进行应力和形变分析,并确定了合适的成形工艺参数,完成了转子加强环试验件的制作。结果表明:M46 J/L1000复合材料体系满足材料组分要求,缠绕复合材料加强环结构满足磁悬浮电机转子在72 000r/m in高速转动时强度和变形要求。

基于软件延时补偿的高速磁悬浮电机转子低频颤振抑制研究

针对磁悬浮电机高速时由于低频颤振导致转子失稳问题,由控制系统计算延时及对功放系统影响进行分析、建模,提出控制系统软件延时补偿算法消除控制系统计算延时,提高功放系统高频时电流跟踪能力,抑制磁悬浮电机转子高速时低频颤振,并在100 kW磁悬浮电机上进行实验验证。结果表明,通过软件延时补偿算法消除控制系统计算延时,磁悬浮电机转子低频增益可减小20 dB,转子在24000 r/min时跳动量减小36.8μm,控制精度提高63.89%。该方法不但能有效抑制磁悬浮转子高速时的低频颤振,且可提高磁悬浮电机高速时的稳定性。

一种新型混合式磁悬浮电机的研究

提出了一种新型磁悬浮电机控制结构方案,对其工作原理进行简明阐释,并利用虚位移原理建立磁悬浮力的数学模型。利用有限元法对电机的磁感应强度、电磁悬浮力分布特性进行了分析研究。

六自由度磁悬浮电机研究进展

六自由度磁悬浮电机具有无机械摩擦、直接驱动、可靠性高、高精度运动潜能等特点,在先进制造领域具有广阔的应用前景。本文介绍了六自由度磁悬浮电机的原理与结构,讨论了组合式、半组合式、对称式以及层叠绕组式四大类六自由度磁悬浮电机的研究现状,并分析了其特点,最后指出了六自由度磁悬浮电机未来的研究方向。

磁悬浮电机替代传统电机的技术经济可行性分析

磁悬浮电机采用无接触式磁轴承,避免了转子与定子间的摩擦造成的功率损失,在使用成本方面,磁悬浮电机降低了维护过程的费用,同时避免了转子磨损情况,大幅度的提升了电机的使用寿命,与此同时,较小的摩擦功损失提升了电机的能量转化效率,提升了电机的使用经济性,通过将磁悬浮电机目前技术现状、使用成本与使用限制等因素的分析,得出结论,在使用效果与经济性方面,部分领域磁悬浮电机相比传统电机具有一定的优势。

磁悬浮电机节能降本技术研究

随着我国电机行业的快速发展,磁悬浮电机也受到了越来越多的关注。但是由于我国磁悬浮电机技术发展时间较短,部分企业的磁悬浮电机运行效率较低,造成了大量的资源浪费。对此,本文从磁悬浮电机节能降本的角度出发,分析了磁悬浮电机节能的原理,同时从多个方面提出了磁悬浮电机节能的方法。期望通过本文的研究,能够为我国企业机电节能降本提供借鉴的经验。

电流主通路数对磁悬浮电机悬浮力的影响

在鼠笼式磁悬浮感应电机中,电流主通路分为定子线圈和转子鼠笼两个部分,是产生磁场和感应磁场的主要部件,对电机悬浮力的影响非常大。本文从理论上分析了不同鼠笼条数和不同定子槽数磁悬浮电机的磁场结构。并用电磁场有限元分析软件进行了建模仿真,得出了悬浮力大小和稳定性同电流主通路数目的关系,为磁悬浮电机的设计提供了一定的参考。

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。