大功率電機磁浮軸承系統(tǒng)及其應用研究.pdf

1、磁浮軸承技術是上世紀60年代中期開始研究的一項新的支承技術。它是利用電磁力使轉軸穩(wěn)定懸浮起來的一種新型軸承，是集轉子動力學、機械學、力學、控制工程、電磁學、電子學和計算機科學于一體的最具代表性的機電一體化產(chǎn)品。它具有無接觸、無摩擦磨損、轉速高、無需潤滑和壽命長等優(yōu)點，受到了工業(yè)界、學術界的普遍關注和系統(tǒng)研究。 論文首先介紹了磁浮軸承的特點、工作原理和國內(nèi)外的發(fā)展狀況、指出了磁浮軸承在工業(yè)應用中仍存在的一些難題和發(fā)展趨勢，以和反應

2、堆的氦氣循環(huán)風機和電力飛輪儲能為背景，對大功率電機磁浮軸承系統(tǒng)進行研究。 其次，對立式磁浮軸承電機系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進行了簡要設計，并對部分部件進行了結構改進，研制了15kW磁浮軸承電機的樣機系統(tǒng)，并實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的“遙測、遙調(diào)、遙控”功能。在實驗樣機中提出并采用了一種新型的徑向軸承結構，利用非磁性材料消除軸向軸承磁鐵和徑向軸承磁鐵之間、徑向軸承各磁鐵之間的磁場耦合，降低了軸承的磁阻和功耗，提高了效率，并詳細地計算了氣隙磁場及轉子渦流

3、對軸承性能的影響。同時提出采用軸向磁通結構的徑向磁鐵，減小實心轉子的渦流效應。 再次，對磁浮軸承系統(tǒng)具有的典型特點：差動控制方式、傳感器的檢測方式、傳感器位置與電磁力不共點的處理、軸向推力盤傾斜對徑向軸承的影響、功率放大器的控制策略、電機的不平衡磁拉力對軸承系統(tǒng)的影響以及陀螺效應的影響進行了詳細分析。在建立軸向軸承系統(tǒng)和徑向軸承系統(tǒng)的數(shù)學模型的基礎上，比較了傳統(tǒng)的PD和PID控制方式，針對電磁懸浮的非線性特性，采用了非線性PID

4、控制方法實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮控制。并提出用陷波器和交叉反饋控制來消除轉子不平衡和陀螺效應的影響，提高系統(tǒng)的控制精度。 最后，針對實驗樣機系統(tǒng)，進行了起伏和降落、加載和減載、沖擊干擾以及轉子不平衡4種典型工況的仿真和實驗結果分析，得出了一些對工程應用具有指導意義的結論。 本文對主動型磁浮軸承系統(tǒng)進行詳細的理論分析和試驗，探索了采用磁浮軸承支承的大功率、高轉速電機系統(tǒng)的性能特點和關鍵技術，為大功率電機磁浮軸承的工業(yè)應用奠定了理論和技