磁懸浮高速永磁電機轉(zhuǎn)子動力學與振動控制研究.pdf

1、磁懸浮高速永磁電機在高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生永磁體難以承受的巨大離心應力，而且升降速過程中轉(zhuǎn)子需要穿越多階臨界轉(zhuǎn)速，上述特點決定了高速轉(zhuǎn)子的強度分析、轉(zhuǎn)子的動力學特性、以及轉(zhuǎn)子穿越臨界轉(zhuǎn)速的振動控制等成為高速永磁電機研究的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對上述關(guān)鍵技術(shù)問題進行深入研究，主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　（l）高速永磁電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與強度分析。在高速永磁電機轉(zhuǎn)子所受離心力成為主要載荷的情況下，從機械和電磁兩個方面進行轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分析與尺寸初設(shè)計

2、；為了保護電機轉(zhuǎn)子的永磁體在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大離心力作用下不被破壞，利用非導磁合金鋼護套與永磁體的過盈配合產(chǎn)生壓應力對永磁體進行保護；根據(jù)拉美方程計算得出過盈量的大小，利用理論計算法和ANSYS有限元仿真相結(jié)合，對額定轉(zhuǎn)速下的永磁體和護套進行強度分析。
　?。?）磁軸承的支承特性研究。利用電磁場理論分析永磁偏置混合磁軸承的電磁力計算式，結(jié)合磁軸承的控制系統(tǒng)與一般彈簧阻尼機械系統(tǒng)，推導出混合磁軸承單自由度的剛度與阻尼數(shù)學模型。在對

3、磁軸承剛度、阻尼以及控制器參數(shù)綜合分析的基礎(chǔ)上，得出磁軸承的剛度、阻尼特性與PID控制器參數(shù)的關(guān)系曲線。在綜合考慮控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)子的動力學特性的基礎(chǔ)上，應用Hurwitz判據(jù)得出控制器參數(shù)的取值范圍。
　?。?）磁懸浮轉(zhuǎn)子的動力學特性研究。利用有限元法建立磁軸承支承的高速永磁電機轉(zhuǎn)子的動力學方程，應用有限元軟件ANSYS仿真得到轉(zhuǎn)子的各階模態(tài)振型與臨界轉(zhuǎn)速；分析了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸、陀螺效應、以及徑向和軸向磁軸承剛度阻尼改變對臨界

4、轉(zhuǎn)速的影響，為轉(zhuǎn)子穿越臨界轉(zhuǎn)速提供理論支持。
　?。?）磁懸浮轉(zhuǎn)子穿越臨界轉(zhuǎn)速的振動控制研究。對于剛性轉(zhuǎn)子，分析了通過調(diào)節(jié)磁軸承剛度改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，從而避開共振區(qū)實現(xiàn)轉(zhuǎn)子穿越低階臨界轉(zhuǎn)速的可行性。對柔性轉(zhuǎn)子穿越彎曲臨界轉(zhuǎn)速的振動問題，從增加電磁阻尼器后系統(tǒng)剛度的增加提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，阻尼的增加降低轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速的振幅兩個方面，通過仿真分析了轉(zhuǎn)子穿越彎曲臨界轉(zhuǎn)速的可行性。
　　（5）研制了一臺4kw、60000