多相單繞組永磁型無軸承電機的研究.pdf

1、本文在分析和綜合了國內(nèi)外無軸承電機研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合近年來國內(nèi)外在多相電機(指相數(shù)n>4的電機)系統(tǒng)及理論研究的進展,充分利用電力電子技術(shù)應(yīng)用給傳動系統(tǒng)帶來的相數(shù)、供電波形等新的設(shè)計自由度,和多相系統(tǒng)所具有的電機多控制自由度,設(shè)計了一種新型的多相單繞組永磁型無軸承電機,并實現(xiàn)了其平穩(wěn)懸浮運行。多相單繞組永磁型無軸承電機是多相電機領(lǐng)域與無軸承領(lǐng)域交叉的產(chǎn)物,既可以實現(xiàn)電機無軸承支承旋轉(zhuǎn)運行,又具備多相電機的諸多優(yōu)勢。因此,本文綜合多相

2、和無軸承兩個領(lǐng)域的研究熱點,針對其獨有的特點對此類電機的設(shè)計和控制方法,進行了廣泛而深入的分析。
　　 論文的主要工作包括:
　　 有別于目前廣泛采用的轉(zhuǎn)矩、懸浮兩套繞組,分別通過兩個變頻器供電的無軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式,本文設(shè)計了一種多相單繞組永磁型無軸承電機。該電機將多相多控制自由度理論與無軸承電機懸浮原理相結(jié)合,通過在一套多相繞組中通入兩組不同相位差的電流,映射到多相系統(tǒng)不同的平面中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和懸浮磁場。根據(jù)改進繞組函數(shù)

3、法推導(dǎo)了該電機的電感矩陣,建立了計及偏心的精確數(shù)學(xué)模型,采用虛位移法推導(dǎo)了徑向力解析模型,并對其進行了有限元仿真驗證。討論分析了多相單繞組無軸承電機的相數(shù)的選擇、繞組結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩平面極對數(shù)選擇和定子銅耗等相關(guān)問題。
　　 借鑒雙繞組無軸承電機的控制思路設(shè)計了多相單繞組永磁型無軸承電機磁場定向控制系統(tǒng),針對無軸承電機懸浮系統(tǒng)的控制模型,設(shè)計了雙環(huán)PHD-PD控制器對電機懸浮環(huán)進行控制,即先將系統(tǒng)內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的控制模型,再通過外環(huán)控

4、制器改善系統(tǒng)性能,并給出了對無軸承系統(tǒng)該方法與傳統(tǒng)PID算法參數(shù)的關(guān)系。
　　 研制了以／MS320F2812為核心的實驗平臺,區(qū)別于傳統(tǒng)多相電機中利用諧波平面電壓矢量來實現(xiàn)改善磁場,提高功率密度以及提高電壓利用率等控制目標(biāo),針對多相單繞組無軸承電機的特點,通過選取諧波平面電壓空間矢量,實現(xiàn)了實驗樣機的平穩(wěn)懸浮。
　　 針對的5相單繞組永磁型無軸承電機,從直流母線電壓利用率的角度,討論了直流母線電壓對d1-q1平面和d2

5、-q2平面電壓調(diào)制度的限制。發(fā)現(xiàn)實驗樣機單純增加外加懸浮力擾動可能出現(xiàn)兩種故障:(1)較輕微的可恢復(fù)故障(廣泛存在于傳統(tǒng)的無軸承電機中),(2)較為嚴(yán)重的電機失步.通過理論分析和實驗結(jié)果,確定了五相單繞組無軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定工作運行區(qū)域,探究了實驗樣機出現(xiàn)失步的原因,并給出了初步的解決方案。
　　 針對無軸承電機氣隙變化比較頻繁的特點,采用基于滑模觀測器的無位置傳感器算法對轉(zhuǎn)子位置信息進行觀測,采用飽和函數(shù)、變頻率濾波等方法消除系統(tǒng)

6、抖震,改善系統(tǒng)辨識反電勢波形,實現(xiàn)了五相單繞組無軸承電機的無位置傳感器運行，充分利用多相單繞組無軸承電機多自由度的特性,提出當(dāng)相數(shù)大于6時,可以通過多相電機的空余平面(d3-q3)來檢測轉(zhuǎn)子位移信息,分析了該電機中永磁體低次諧波對電機懸浮性能以及信號檢測的影響,仿真結(jié)果對所提方法的可行性進行了驗證。
　　 根據(jù)多相電機的特點,討論了多相單繞組交替極無軸承電機與普通交替極無軸承電機懸浮力的區(qū)別,分析了多相單繞組無軸承交替極永磁型無