垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)支承系統(tǒng)研究.pdf

1、垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將磁懸浮軸承和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)合為一體，具有啟動(dòng)風(fēng)速低、噪聲小、壽命長(zhǎng)和風(fēng)能利用率高等特點(diǎn)。目前，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)支承結(jié)構(gòu)通常采用機(jī)械軸承，但風(fēng)速低于3m/s時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)難以啟動(dòng)，嚴(yán)重制約垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)向更低啟動(dòng)速度和更大風(fēng)能利用率的方向發(fā)展。磁懸浮軸承與傳統(tǒng)的機(jī)械軸承相比，無機(jī)械摩擦磨損，從根本上改變了傳統(tǒng)的支承形式，特別適用風(fēng)力發(fā)電、航空航天、生命科學(xué)等環(huán)境。用磁懸浮軸承來支承垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)，提高

2、垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能是國際新能源領(lǐng)域研究的一個(gè)前沿課題。與傳統(tǒng)的徑向四極、八極磁懸浮軸承相比，交流三極磁懸浮軸承采用三相功率逆變器給控制線圈提供勵(lì)磁電流，由于三相逆變器質(zhì)量輕、成本低，因此大大降低了控制系統(tǒng)的開發(fā)成本。混合磁懸浮軸承具有體積小、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，因此本文采用2個(gè)徑向三極主動(dòng)磁懸浮軸承和1個(gè)軸向混合磁軸承作為垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)，圍繞磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)形式、數(shù)學(xué)模型、參數(shù)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)展開了基礎(chǔ)理論

3、和實(shí)驗(yàn)研究工作。本文主要研究工作內(nèi)容如下:
　　1、設(shè)計(jì)了一種垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其上、下端徑向支承結(jié)構(gòu)均采用三極主動(dòng)磁軸承，末端軸向支承采用混合磁軸承。闡述了主動(dòng)磁軸承的工作原理，推導(dǎo)了該磁軸承的數(shù)學(xué)模型，并給出了主動(dòng)磁軸承關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)，用Matlab軟件對(duì)磁軸承非線性進(jìn)行了分析。
　　2、闡述了垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)中新型軸向混合磁軸承結(jié)構(gòu)，介紹了其工作原理，建立懸浮力數(shù)學(xué)模型，并對(duì)該新型軸向混合磁軸承進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)

4、和分析，通過Ansoft軟件和磁軸承實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分別對(duì)該磁軸承進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　3、根據(jù)磁軸承的工作原理及其設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了以DSP2812為核心的磁軸承數(shù)字控制系統(tǒng)，完成了磁軸承控制系統(tǒng)的軟硬件和軟件模塊設(shè)計(jì)，其中硬件部分包括DSP控制電路，徑向功率驅(qū)動(dòng)電路，位移/電流采樣電路和故障保護(hù)電路;軟件部分包括ADC采樣處理程序，串口通信程序，電流跟蹤型PWM波產(chǎn)生程序等。
　　4、在上述磁軸承參數(shù)設(shè)計(jì)和懸浮力建模研究