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新型双定子无轴承开关磁阻的设计和控制

作　者: 彭薇
导　师: 张凤阁; Ahn Jin-Woo
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 双定子无轴承开关磁阻电机有限元分析电机设计悬浮控制
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

无轴承开关磁阻电机（BLSRM）是在传统开关磁阻电机基础上发展起来的一种新型电机。它结合了开关磁阻电机的优越性能，以及无轴承电机的无磨损、无摩擦等优点，在高速电机、航天等领域有着广泛的应用前景。无轴承开关磁阻电机在同一个定子极上设有两套绕组，分别为主绕组和径向力绕组，产生的径向力能够实现轴承的悬浮。但是，其径向力和转矩存在着耦合关系，这使径向力的控制变得很困难。本文提出了一种新型双定子无轴承开关磁阻电机，它的内定子产生使转子悬浮的径向力，外定子产生旋转转矩。和以往的无轴承开关磁阻电机相比，双定子无轴承开关磁阻电机可以实现转矩和径向力的解耦，并且在任意的转子角度都有稳定的径向力能够产生，所以能够用更加简单的控制方法用来控制转子的悬浮。为了验证新型结构，对双定子BLSRM的结构和运行原理进行了介绍，基于之前对无轴承开关磁阻电机的研究结果，建立了其x轴方向和y轴方向上径向力的数学模型。运用有限元分析方法，在转子偏心和不偏心位置的情况下对两套定子绕组的电感，转矩和径向力进行了分析。通过分析，可以看到新型无轴承开关磁阻电机的径向力具有线性的特性并且独立于转矩电流，因此转矩和径向力的解耦控制可以实现。推导出对径向力的控制策略，并利用Simulink仿真验证了控制策略的正确性与有效性，搭建了实验系统。实验结果表明，电机能够稳定运行，转矩绕组电流对悬浮力影响非常小，悬浮绕组电流对电机输出转矩基本没有影响，这证明了双定子无轴承开关磁阻电机及其控制策略的有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 开关磁阻电机与无轴承电机  10-14
    1.1.1 开关磁阻电机  10-12
    1.1.2 磁轴承的原理  12-14
  1.2 无轴承开关磁阻电机的研究现状  14-21
    1.2.1 结构设计的发展  14-19
    1.2.2 数学模型的发展  19-20
    1.2.3 控制策略的发展  20-21
  1.3 课题主要研究内容  21-22
第二章新型双定子 BLSRM  22-25
  2.1 基本结构及工作原理  22-24
  2.2 新型结构的优点  24
  2.3 本章小结  24-25
第三章双定子 BLSRM 的数学模型建立  25-30
  3.1 磁导计算  25-26
  3.2 径向力推导  26-29
  3.3 本章小结  29-30
第四章双定子 BLSRM 的有限元分析  30-38
  4.1 磁力线的分布  30-31
  4.2 电感特性  31
  4.3 转矩特性  31-32
  4.4 径向力特性  32-35
  4.5 转子偏心时的特性  35-37
  4.6 本章小结  37-38
第五章双定子 BLSRM 的控制  38-43
  5.1 径向力和转矩的模型  38-40
  5.2 悬浮控制  40-42
  5.3 本章小结  42-43
第六章软件和硬件的设计及实验  43-62
  6.1 样机及电感和径向力的测量  43-48
    6.1.1 实验样机  43-45
    6.1.2 电感和径向力的测量  45-48
  6.2 硬件的设计  48-53
    6.2.1 功率变换器  48-49
    6.2.2 DSP 控制板  49-50
    6.2.3 位移传感器  50-53
  6.3 软件的设计  53-54
  6.4 实验结果  54-61
  6.5 本章小结  61-62
第七章结论  62-64
参考文献  64-66
在学研究成果  66-68
致谢  68

新型双定子无轴承开关磁阻的设计和控制

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