磁懸浮風力發(fā)電機磁軸承支承系統(tǒng)研究.pdf

1、磁懸浮風力發(fā)電機擁有著傳統(tǒng)風力發(fā)電機無可比擬的優(yōu)勢:起動風速低、無噪聲、無摩擦損耗、無需潤滑、穩(wěn)定可控、壽命長等。而磁軸承作為磁懸浮風力發(fā)電機中支撐的核心部分，也同樣需要具有上述優(yōu)勢。經(jīng)過近些年的發(fā)展，磁軸承的結構形式各種各樣，但是歸納起來主要存在以下三種缺點:永磁體安裝于轉子部分，安裝困難且不利于轉子的高速運行;控制磁通經(jīng)過永磁體，會對永磁體產(chǎn)生明顯的增磁或去磁作用，很容易造成永磁體的不可逆退磁;引入兩個吸力盤且分別安裝于定子盤的每一

2、側，不利于轉子軸向長度的縮短與臨界轉速的提高。
　　在國家自然科學基金(61174055、51307072)的資助下，針對上述不足，本文提出兩種新型軸向永磁偏置混合磁軸承，在對比兩種結構后選擇一種更適合課題的磁軸承作為研究對象，建立數(shù)學模型，給出初步參數(shù)設計方法，利用有限元軟件分析驗證并優(yōu)化，同時分析了其控制系統(tǒng)。論文主要研究工作和成果如下:
　　首先，提出了兩種新型軸向永磁偏置混合磁軸承。同時，詳細地介紹了它們的結構組成、

3、磁路分布及工作原理。在對比了兩種混合磁軸承之后，選擇了一種更適合課題的磁軸承作為研究對象，利用等效磁路法推導出了懸浮力方程，并基于二元泰勒公式對懸浮力方程進行了線性化處理，給出了最大承載力條件與最大承載力表達式。
　　其次，給出了軸向混合磁軸承初步參數(shù)設計方法并推導了參數(shù)設計公式。依據(jù)該初步設計方法，在給定負載的情況下，計算出軸向混合磁軸承的各個初步的結構參數(shù)。根據(jù)計算出的初步結構參數(shù)，利用有限元分析軟件建模驗證分析，并對磁軸承的

4、一些結構參數(shù)進行了優(yōu)化。有限元分析表明:系統(tǒng)的動態(tài)響應性能良好，控制性能優(yōu)良;懸浮力的理論值與仿真值結果非常接近，且和偏移量成線性關系，理論分析和結構設計具有正確性、合理性。
　　最后，將PID控制與磁軸承的控制系統(tǒng)相結合，并運用磁路法與有限元法對比的方法進行PID參數(shù)整定。據(jù)此，利用Matlab中的Simulink仿真模塊對混合磁軸承PID控制系統(tǒng)進行了起浮過程的穩(wěn)定性分析，仿真結果表明:控制系統(tǒng)的動態(tài)響應快、上升時間與調節(jié)時間