多相單繞組永磁無軸承電機懸浮參數(shù)的分析與辨識.pdf

1、多相單繞組永磁無軸承電機是多相電機領(lǐng)域與無軸承領(lǐng)域的交叉產(chǎn)物，它既可以實現(xiàn)電機無軸承支承旋轉(zhuǎn)運行，又具備多相電機的諸多優(yōu)勢。其中，懸浮參數(shù)對多相單繞組永磁無軸承電機的轉(zhuǎn)矩與懸浮性能具有重要影響，其主要包括轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感與互感系數(shù)。本文主要圍繞懸浮參數(shù)的計算與辨識展開分析與討論。對應(yīng)用于多相單繞組永磁無軸承電機中的多相半極繞組的繞組函數(shù)、磁動勢、轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感、互感系數(shù)和懸浮力等進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和公式推導(dǎo);對電機設(shè)計參數(shù)給懸浮

2、參數(shù)帶來的影響進(jìn)行了詳細(xì)的電磁計算與分析;利用模型參考自適應(yīng)理論對懸浮參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)辨識仿真并進(jìn)行了極點配置優(yōu)化;研制了用于多相單繞組永磁無軸承電機的實驗平臺，并對懸浮參數(shù)的辨識算法與極點配置進(jìn)行了實驗驗證。論文的主要工作包括:
　　1)對多相全極繞組與多相半極繞組在不同相數(shù)下的磁動勢分布進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得出了兩種繞組的特點及其適用范圍;利用多相半極繞組可以同時產(chǎn)生奇、偶次磁動勢的特點，可以將其應(yīng)用到無軸承電機領(lǐng)域，從而形成多相

3、單繞組無軸承電機;根據(jù)改進(jìn)繞組函數(shù)法分別推導(dǎo)了多相永磁內(nèi)置式與表貼式無軸承電機的電感矩陣，并通過有限元仿真對其進(jìn)行了驗證;在已得到的電感矩陣的基礎(chǔ)上，根據(jù)虛位移法推導(dǎo)出了多相永磁內(nèi)置式與表貼式無軸承電機的徑向力解析模型，利用有限元法分析比較了這兩種無軸承電機懸浮磁場分布與徑向力的異同，并分析了電樞反應(yīng)對這兩種無軸承電機懸浮特性的影響;最后，建立了這兩種無軸承電機的數(shù)學(xué)模型，包括電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和轉(zhuǎn)子運動方程。
　　2)無軸承電機

4、的磁極結(jié)構(gòu)需滿足P2=P1±1的要求，分析并推導(dǎo)了適用于凸極轉(zhuǎn)子無軸承電機與隱極轉(zhuǎn)子無軸承電機四極驅(qū)動繞組/二極懸浮繞組結(jié)構(gòu)(4-2型)與二極驅(qū)動繞組/四極懸浮繞組結(jié)構(gòu)（2-4型）的電感矩陣與懸浮力解析式，并用有限元法進(jìn)行了驗證;推導(dǎo)了多相半極繞組中2π/m相帶繞組和π/m相帶繞組的繞組函數(shù)解析式，分析了兩種繞組在不同相數(shù)、不同節(jié)距下的空間諧波分布，并利用有限元法對不同相數(shù)與極距組合下的氣隙磁密與懸浮力進(jìn)行了計算，得出了適用于不同相數(shù)下

5、最優(yōu)的相帶繞組;分別分析并比較了不同極弧系數(shù)、氣隙長度與永磁體厚度對多相單繞組永磁無軸承電機氣隙磁密、轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感、互感系數(shù)、磁鏈與懸浮力的影響，最后綜合了上述三個設(shè)計參數(shù)對懸浮參數(shù)的影響。
　　3)多相永磁無軸承電機的優(yōu)異控制離不開精確的數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)確的懸浮參數(shù)。探討了模型參考自適應(yīng)原理在多相單繞組永磁無軸承電機參數(shù)辨識中的應(yīng)用，建立了各懸浮參數(shù)的辨識模型，分別推導(dǎo)出適用于轉(zhuǎn)矩電感、懸浮電感和互感系數(shù)估算的辨識器，并通過S

6、imulink仿真驗證了各懸浮參數(shù)辨識算法的有效性。為使各懸浮參數(shù)的收斂速度更快，魯棒性更高，對懸浮參數(shù)辨識系統(tǒng)進(jìn)行極點配置。根據(jù)各懸浮參數(shù)的特點，對各懸浮參數(shù)進(jìn)行了反饋矩陣的設(shè)計，并進(jìn)行了Simulink仿真，仿真結(jié)果驗證了極點配置的有效性。
　　4)研制了適用于任意相數(shù)的多相單繞組永磁無軸承電機系統(tǒng)的實驗平臺。該實驗平臺以數(shù)字信號處理器TMS320F28335和現(xiàn)場可編程門陣列EP2C8Q208C8為核心，包含主回路、隔離驅(qū)動