论文部分内容阅读
无轴承异步电机将磁悬浮技术与传统异步电机相结合,不仅具有无轴承电机无摩擦、无磨损、轴向空间利用率高、转子临界转速高等优点,同时具有传统异步电机结构简单、气隙均匀、成本低等优点,成为目前无轴承电机领域的研究热点之一。本文在国家自然科学基金项目“数控机床高速磁悬浮电主轴自适应逆解耦控制及数字化技术(61174055)”等多项课题资助下,对无轴承异步电机的机械结构、运行机理、电磁分析、运行控制、数字系统等方面开展研究,设计了无轴承外转子异步电机,优化设计了主要的结构与电磁参数;采用无轴承外转子异步电机转子磁场定向控制方法,实现了电机转子的高精度稳定悬浮;基于数字信号处理器TMS320F2812,设计了无轴承异步电机数字化控制系统,并开展了相关的仿真与实验研究。主要内容如下:首先,在分析无轴承外转子电机径向悬浮力和电磁转矩产生原理的基础上,采用麦克斯韦张量法分段积分推导电机径向悬浮力数学模型,并分析了无轴承外转子异步电机的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。其次,设计了无轴承外转子异步电机的主要结构与电磁参数,研制了实验样机。在保证无轴承异步电机最小转矩脉动和悬浮力脉动的前提下,以最大悬浮力和最大输出转矩为优化目标,提出将传统电机设计方法和有限元设计相结合的无轴承异步电机参数优化方法;针对无轴承异步电机悬浮绕组的特殊性,分析了电机各参数对电机悬浮力及转矩的影响,研究了转矩绕组电流和悬浮绕组电流产生悬浮力耦合关系;设计了无轴承外转子异步电机样机,开展了初步的实验验证研究,验证了设计方法的合理性。最后,构建以TMS320F2812数字信号处理器为核心的无轴承外转子异步电机数字控制系统。设计了硬件驱动电路和模块化系统控制软件程序,并且以本文设计的无轴承外转子异步电机为控制对象进行二自由度实验研究。实验结果验证了理论的正确性,为进一步研究无轴承电机的五自由度悬浮控制奠定了基础。