（电机与电器专业论文）无轴承异步电机的悬浮控制系统研究.pdf

浙江太学硕士学位论文 a b s 仃a c t a b s t r a c t t h eb e 耐n 四e s st c c l l n i q u eh a sd e v e l o p e dq u i c k l yt h e s ey e 盯s ，a n dt h er e a r c ho ni t h a sb e c a m eaf o c u s t h eb e a f i n g l e s sm o t o r s ，w h i c hc o m b i n et h ed r i v ew i t hm a g n e d c l e v i t a t i o n ，i san e wt y p eo f m o t o r s t h eb e a r i n g l c s si n 血c t i o nm o t o r sw h i c hh a v et h e a d v a n t a g eo fs i m p l es t m c 呲a n dh i g hr e l i a b i l i 吼w e r es t i l d i e de a r l i e rt h a no t h c rt y p e s o f b e a d n 9 1 e s sm o t o r s t h e yh a sg r e a ta p p l j c a t i o nv a l u ei nt h ed o m a j no f t h e e l e c 雠c a l “v ew i t hh 诎趾du 1 仃ah i g hs p e e d ， a j la n a l ”i c a le x p r e s s i o no fm em a g n e t i cl e v i t a t i o nf o r c ef o rb e a r i n g l e s si n d u c t i o n m o t o ri sp r o p o s e db a s e dd n 也ea j l l y s eo fm a g i l e t i c s u s p e n s i o np r i n c i p l e ，a n d i t s c o m p u t a t i o na c c u r a c yw a sv e r i f i e db ya j i s o r ，a st l l eb e a r i n g i e s si n d u c t i o nm o t o rj sa n o n l i n e a r 、s t r q n gc o u p l i n ga n dm u l t i v a r i a n c es y s t e m ，i ti si m p o n a n tt or e l i z et l l e d e c o u p l i n go fe l e c t r o m a g n e t i ct o r q u ea n dl e v i t a t i o nf o r c e i nm i sd i s s e r t a t i o n ，n u x 谢e n t a t i c o n t r 0 1 1 e ri sp r o p o s e dt or e l i z et 1 1 el e v i t a t i d no fr o t o r ，m o r e o v e rad i g i t a l c o m m ls y s t e mb a s e do nt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s pf o rr c a l t i m ec o m r 0 1w 硒d e v e l o p e d t or e l i z et l l em e a s l l r e m e n to f d i s p l a c e m e n t 、s p e e da n dc u r r e n t ；i ta l s op r o v i d ear e l ia _ b l e e x p e r i m e n te 1 1 v i r o n m e n tf o rs u s p e n s i o no p e r a “o ns t i l d y i n go ft 1 1 ep r o t o t y p em o t o r n ep r o g r a n l n l ei nt 王l i sd i s s e n a t i o ni sa i ld o n eb ya s s e m b i e j a n g u a g ei n t h e e v i r o l l l t l e n to fc c 2 0 0 0s o f t w a r e t h ee x p e r i m e n to fat w od i m e n s i o n sp m t o t y p e m o t o ri sf m i s h e ds u c c e s s m l l v k e y w o r d s ：b e a r i n 出e s si n d u c t i o nm o t o r ，1 e v i 协t i o nf o r c e ，a i 卜g a pf i e l do r i e n t e d c o n t r o l - r o t o rf l u xf i e l do r i e n t e dc o n t f d l 浙江大学硕士学位论文 第一章 第一章绪论 1 1 无轴承电机的研究背景和发展概况 现代化工业生产对拖动电机的性能要求越来越高，其中一个明显特征是高速 电机和超高速电机日益广泛地应用于高速机床、离心机、压缩机、飞轮储能以及 涡轮分子泵等工业设备中，用机械轴承支撑时，由转子高速运行带来的摩擦阻力 增加，使轴承磨损加剧，缩短轴承和电机的使用寿命，也增加了对电机和轴承维 护的负担。 为了克服机械轴承性能的不足，高速电机一般采用气浮、液浮和磁浮轴承。 其中气浮和液浮轴承均需要配备专门的气压、液压系统，这不仅使电机的结构复 杂、体积庞大、耗能多、效率低，同时气压、液压系统的故障会使气浮、液浮轴 承失效，从而导致电机无法正常运行，这同样降低了电机和系统的可靠性。近二 十年来发展起来的磁轴承( m a g n e t i cb e a r i n g s ) ，它是利用电磁力将转子悬浮于 空间，实现定、转子之间没有任何机械接触的一种新型的高性能轴承。它具有无 摩擦、无磨损、不需润滑和密封、高速度、高精度、长寿命等一系列优良特性， 因而从根本上改变了传统的支撑形式，在能源交通、机械加工工业、航空航天及 机器人等高科技领域得到了广泛的应用。如图卜1 ( a ) 所示，为传统的磁轴承支 承的电机系统，要实现电机的完全悬浮，需要在5 个自由度上施加约束，即需要4 个径向磁轴承和1 个轴向磁轴承来支承。虽然磁轴承支承的电机系统和普通的电 机系统相比具有突出的优点，但是在不同应用领域仍存在如下不足：由于磁轴 承在轴向和径向都占了很大一部分空间，因而体积大，妨碍了高速下的大容量化， 同时因为电机轴向尺寸大，限制了电机临界转速的提高。电机的输出功率难 以进一步提高。磁轴承需要高性能的功率放大器、高品质的控制器，导致磁轴 承系统结构复杂、成本较高，大大地影响了由磁轴承支承的电机系统在高速领域 的应用。 由于磁轴承结构和交流电机定子结构具有一定的相似性，如果把磁轴承中的 悬浮绕组叠绕在电机定子绕组上，使悬浮绕组产生的磁场和电机的旋转磁场合成 一体，通过研究电机旋转磁场和径向悬浮力磁场的耦合关系，如果能实现独立控 浙江大学硕士学位论文第一章 静e 懿豫籀臻鞋鞫袭电艇营建耐峨 f 也# 悼甜 融磷蜘承辚f 巍自承l 包规辑l 槿潮磁l l 唪 船区n 硼珊而啊哑 | 图 】_ l ( a ) 传统的磁轴承支承电机系统图卜l ( b ) 无轴承电机的基本结构 制电机转子的悬浮和旋转是最为理想的，无轴承电机正是基于这一设想而提出 的，结构如卜1 ( b ) 图所示。无轴承电机的概念最初是由r b o s c h 于8 0 年代末提 出”1 ，在瑞士的j b i c h s e l 实现了同步电机的无轴承技术之后”，无轴承电机的 研究引起了广泛的重视。目前瑞士、日本和美国等国家都大力支持开展这项研究 工作。日本的a c h i b a 等人对异步电机的无轴承技术、永磁同步电机的无轴承技 术、开关磁阻电机的无轴承技术进行了研究3 】【5 】f “。瑞士的r s c h o b 研究了异步 电机的无轴承技术和薄片状无轴承电机。目前瑞士联邦工学院( e t h ) 在这一研究 领域中保持领先，己有一些成果转化为商品。无轴承电机一方面保持了磁轴承电 机系统无摩擦、无磨损、不需润滑等优点，另一方面还突破了临界转速和大功率 的限制，大大地拓宽了高速电机的应用范围。与磁轴承电机相比，无轴承电机具 有以下优点： 悬浮绕组缠绕在电机定子上，不占用额外的轴向空间，电机的轴向长度可 设计得较短，l 临界转速相对较高，因此在高速和超高速、小体积、长寿命的传动 领域有应用优势。 轴向长度得到了充分利用，在轴向长度保持一定的条件下，其输出功率可 大幅度提高。 由于无磨损、无润滑等特点，可以用于超静、超洁净的场合下。在航空方 面，航空电机的转速将有可能从根本上摆脱机械轴承因素的制约，而结构简单， 维修更方便，合乎未来全电飞机强生命力、低维修的发展要求。 浙江大学硕士学位论文 第一章 径向位置上的耦合关系，在考虑交叉磁通和边缘磁通效应的情况下，进一步完善 了悬浮力数学模型，解决了悬浮控制耦合问题。 1 2 本课题的研究意义及难点 交流异步电机由于结构简单、易于弱磁、坚固且又廉价，而且可靠性高，因 而被广泛地应用于电力传动工作，在普通异步电机的基础上，再将一套悬浮绕组 嵌进定子槽里，控制转轴的悬浮，这就是制成了无轴承异步电机。由于无轴承异 步电机的众多优点，使它成为研究最早、最多的无轴承电机类型。在众多高速和 超高速场合，都具有巨大的应用价值。 无轴承异步电机的悬浮是定子上转矩绕组和悬浮绕组相互作用的结果，电机 电磁转矩和径向力之间存在耦合，因而无轴承异步电机是一个多变量、强耦合、 非线性复杂系统。实现电磁转矩和径向悬浮力的解耦是无轴承异步电机稳定运行 的前提，也是无轴承异步电机控制的难点。由于无轴承异步电机的电磁转矩和悬 浮力是通过转矩绕组的气隙磁链耦合的，如果能保持气隙磁链的幅值和相位的恒 定，就可以实现电磁转矩和悬浮力的独立控制。最初提出的补偿控制，即通过对 定子电流的幅值和相位进行补偿，以保持转矩绕组的气隙磁场幅值和相位恒定， 但这样的控制策略无法满足无轴承异步电机转矩特性的高性能要求。为实现转矩 的高性能控制，矢量控制技术被引入无轴承异步电机控制之中，即转矩绕组采用 磁场定向控制技术。这种方法不仅可以实现解耦控制，而且可以实现无轴承异步 电机动态时的稳定悬浮。 1 3 本课题研究方法和研究内容 针对无轴承异步电机悬浮控制系统的复杂性，我们从无轴承电机的基本原理 开始研究，并通过m a x 、e l l2 d 电磁场分析软件对其单边磁拉力、可控悬浮力进 行分析。然后循序渐进，对其控制策略进行研究，由于无轴承异步电机的悬浮力 和电磁转矩是通过转矩绕组的气隙磁场耦合的，如果能够有效控制气隙磁场的幅 值和相位就可以实现解耦控制。本文通过m a t l a b s i m u l i l l k 对无轴承异步电机进行 系统仿真研究，结果证明基于转矩绕组气隙磁场定向控制和转子磁场定向策略都 能实现转子的稳定悬浮。由于气隙磁场定向控制算法比较复杂，本文采用转子磁 浙江大学硕士学位论文 第二章 第二章无轴承异步电机的基本原理 2 1 引言 无轴承电机集电磁轴承和电机功能于一体，是高速电机研究的新领域，并成 为高速无轴承技术中最具有发展前途的方案之一。无轴承异步电机是在普通异步 电机定子槽里再加一套悬浮绕组，电机的电磁转矩是由电机本身的转矩绕组产生 的，而两套绕组通过气隙相互作用产生径向悬浮力，实现转子的悬浮运行，因而 分析无轴承异步电机的悬浮机理时，先从电机的电磁力入手。 无轴承异步电机的悬浮机理决定了电磁转矩和磁悬浮力之间的强耦合关系， 因而要实现解耦控制，必须建立有效的悬浮力模型，本章通过分析无轴承异步电 机的悬浮机理，通过推导和比较，得出了计及转子偏心的悬浮力模型，并通过 m a x w e l l2 d 软件对可控悬浮力和偏心产生的单边磁拉力进行有限元分析。 2 2 电机中的电磁力 在交流电机中转子受到了两种不同的电磁力：洛仑兹力和麦克斯韦力。“。 载流导体在磁场中受到的力称为洛仑兹力，它沿切向方向作用在转子表面，产生 电磁转矩，使电机旋转。 磁场在不同磁导率的磁性物质边界上产生的表面张力称为麦克斯韦力，该力 的方向为垂直于铁磁物质表面向外，其大小与转子表面磁密平方成正比。当电机 转子和定子同心且给绕组通入正弦电流时，虽然电机中垂直作用于转子表面的麦 克斯韦力很大，但由于气隙磁通对称分布，故作用在转子上的麦克斯韦力合力为 零。当转子偏离气隙中心，引起气隙磁密分布的不均匀，则作用在转子上的麦克 斯韦力合力就不为零，这就是电机理论中的磁张力效应。其中气隙减小的地方气 隙磁密增大，气隙增大的地方气隙磁密减小，作用在转子上的麦克斯韦力合力将 指向转子偏心使气隙减小的方向。转子的偏心量越大，作用在转子上的麦克斯韦 力合力也就越大。该力的作用相当于一个具有负刚度系数的弹簧作用力，因而必 须通过负反馈将负刚度转换成正刚度，才能实现转子的径向悬浮。 浙江大学硕士学位论 薹薹雾蠢翟妻雾羹塑善囊萎妻妻萋毫奏蠢篓薹萋；一雾萎霉茎蠢邂璎p j 区主拳剖替e ；j 驯一囊掣剧铃型呈矗p i j 孵嚣嚆非岍；j j 邛有藁雨蔼藕誊主；一 p 2 塞：。錾i 毫；一a l 凳，美酥搿戮弼 岳幕理穗；缛箕；要；等峰詹崤寄茸啪尚彰 “托鳞畿氍雀二鞭孔拍嚣醒；兮借搓崩陈j p ；澎嗤甥塑掣夏翠翟甄；艇熊解耦控制是无轴承 异步电机稳定悬浮的关键所在。针对这一隋况，从目前研究现状来看，主要有以 下几种解耦控制方法。 1 、非线性控制器。针对系统具有多变量、强耦合、非线性的特点，应用 多变量非线性控制的逆系统理论，通过状态反馈线性化方法，设计出非线性控制 器，经过该控制器的补偿，将原非线性强耦合的多变量系统解耦并线性化，成为 转速、转子磁链及转子位置等彼此无耦合的线性子系统。 2 、幅值相位补偿法】。该方法根据位移信号，对悬浮绕组电流的幅值、相 位进行补偿，以保持电机旋转磁场幅值和相位恒定，但这样的控制策略无法满足 无轴承电机转矩特性的高性能需求，且又无法实现转矩和悬浮力的解耦，将导致 无法实现电机在给定转速突变、负载突变等任意工况下稳定悬浮。 3 、磁场定向控制m ”3 】 5 。为实现转矩的高性能控制，矢量控制技术被引入 到无轴承异步电机控制之中。根据第二章中计及偏心的悬浮力模型，将悬浮力表 示为转矩绕组的磁链和悬浮绕组电流的乘积形式，然后对转矩绕组的磁链进行矢 量控制。本文将对基于转矩绕组的气隙磁场定向控制和转子磁场定向控制策略进 行分析研究，并利用m a t l a b s i m u l in k 软件进行建模和仿真研究。结果证明磁场定 向控制磁链可以实现转矩和悬浮力的解耦，而且在给定转速突变等工况下均具有 良好的动、静态性能，但这种方法需要估计转 浙江大学硕士学位论文 第二章 2 4 3 计及转子偏心的磁悬浮力模型 无轴承异步电机悬浮运行时定、转子实际位置不一定同心，会使气隙偏心， 改变了气隙磁场密度，在转子上产生出单边磁拉力。要实现对转子的实时控制， 悬浮力的计算必须计及定、转子中心的实际偏心。如图2 2 为x 、y 方向上的转 子偏心位移。即在x 、y 方向的偏心分别为口、芦。此时气隙长度可表示为： 占( 妒) = 瓯一口c o s p + s i n 妒 ( 2 一1 2 ) 式中瓯为气隙平均长度。妒为空间机械角。 图2 2 转子偏心位移图 而在无轴承异步电机中4 极转矩绕组电流及感应的转子电流共同建立的合 成磁动势基波为 厂4 ( 妒，f ) = 只c o s ( 玎一2 妒一) ( 2 1 3 ) 2 极悬浮绕组在气隙中所产生的磁动势基波为 厂2 ( 妒，f ) = ec o s ( 耐一妒一i 改) ( 2 1 4 ) 式中、e 分别为4 极和2 极气隙磁动势基波幅值；妒。、仍分别为4 极和2 极气 隙磁势矢量空间初始相位角：国为电角频率。 这样，计及偏心、只方向单位面积磁导为 五= 曲z 等c + 鼍c o s 妒一号血咖。：小， 根据( 2 - 1 3 ) ( 2 一1 5 ) 定义均匀气隙磁密幅值日= 矗，垦= 凡e ，可推 浙江大学硕士学位论文第二章 斯韦力要小的多，可以忽略。 该解析模型计及转子偏心且形式简单，适合对无轴承异步电机的实时控制。 2 5 悬浮力模型的有限元分析 图2 3 ( a ) 是本课题的无轴承异步电机样机的绕组结构，具体参数如下：定 子外径：9 6 m m ，定子内径：5 8 瑚，转子外径：5 7 3 哪，转子内径：1 4 m m ，定子槽 数：2 4 ，转子槽数：3 0 ，转矩绕组每槽导体数1 1 0 ，悬浮绕组每槽导体数l l o ， 串联导体的线径均为o 3 5 哪，转矩绕组为2 对极，悬浮绕组1 对极，铁心长度： 5 4 咖，气隙：0 3 5 m m ，铁心是由o 3 5 m m 厚的硅钢片冲制叠装而成的。利用 腧x w e l l 2 d 软件对悬浮力模型进行有限元分析，其剖分如图2 3 ( b ) 所示。 图2 3 无轴承异步电机的有限元分析结构模型 ( b ) 2 5 1 可控悬浮力与悬浮电流关系 若通入转矩绕组和悬浮绕组的电流频率相同，并且两绕组产生的磁场旋转方 向相同，则电机内形成的4 极和2 极的磁场分别以孙2 的速度旋转( 为4 极磁 场的同步旋转速度) ，在空载的条件下，电机的空载转矩和转差率都很小，可以 近似认为转矩绕组在转子中没有感应电流，但悬浮绕组产生磁场的旋转速度与转 子转速不同，会在转子中感应电流，因而二极磁场则由悬浮绕组电流1 2 与其 在转予中的感应电流 共同产生。然后采用二维有限元方法对样机气隙磁场进行 分析，以获得在不同情况下的磁通分布状况及气隙磁密分布。假设转子始终处于 浙江大学硕士学位论文 第二童 中心位置，气隙均匀，而且转矩绕组和悬浮绕组的a 相轴线重合。1 4 表示转矩绕 组电流，1 2 表示悬浮绕组电流。图2 4 ( a ) 为转矩绕组为空载电流1 4 = o 3 5 a ，悬浮 绕组电流1 2 为o a 时磁力线分布情况，由图可知，此时四极磁通对称分布，a n s o f t 分析得到的悬浮力是o 。图2 4 ( b ) 为对应的气隙磁密分布，此时气隙磁密的峰值是 o 0 4 t 。当悬浮绕组通入电流后，其产生的2 极磁场叠加到4 极磁场上，使气隙磁 场分布不对称，如图2 5 ，2 - 8 所示。当悬浮绕组电流继续增加时，y 处的气隙磁密 继续增加，而y 处的磁通密度继续减小。当悬浮绕组电流等于2 6 a 使y 处的气 隙磁密等于零时，若再增加电流1 2 则一y 处的气隙磁密将改变方向，反向增加。此 时，电机的磁场分布更象二极电机的磁场分布。 。，则只 累加负偏差；若u ( k 一1 ) u 。t h e n “。( 克) = u ( k ) i f u ( k ) 。t h e n ，( i ) = u m ，。 e l s e g o u t ( | i ) = u ( k ) 4 3 6 电压空间矢量控制单元 经典的s p i b i 控制主要着眼于逆变器输出电压尽量接近正弦波，电流跟踪控制 则直接考虑输出电流是否按正弦变化，这比只考查输出电压波形更进了一步。然 而异步电机需要输入三相正弦电流的最终目的是在空问产生圆形旋转磁场，从而 产生恒定的电磁转矩。对准这一目标，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆 形旋转磁场来控制p w m 电压，使得磁链的轨迹靠电压空间矢量相加得到，由此产 生了电压空间矢量脉宽调制( s v p w m ) 技术。使用该方法能明显减少逆变器输出电 流的谐波成分及电动机的谐波损耗，降低了转矩的脉动，而且直流电压利用率高。 浙、江太星何毒等晖唯理 鞘必孳嬖 蠢耄壁蒸 ! 琴；曲蠢 0 童j 隧? t ；童；二二i 三 i 丐；琴雾l 目i j ! ；薹；鼋矗雾善? i 暑i j 曩i 霍矗i j 苗掌 ；i ；_ 目，驰t t 一； 薹妻蠡琴二i ；jj j i 。i ；i i i g ：i ；? i i ；j 量；i ! ? ! 一差i il l 争；i i i f ；暮i i i i i i i j i # l i ；g 墓；i 节 x 浙江大学硕士学位论文 第四章 加 ：至幽二二垒 2 曲。玎= m o 玎+ ， r c d 行= f 6 d 以+ f 2 ( 4 1 5 ) 定时器的三个比较寄存器按照表4 2 进行赋值。 表4 屯各扇区内定时器比较寄存器的赋值表 s e c t o r 123456 c m p r lt b o nt a o nt a o nt c o nt c o nt b o n c m p r 2t a o nt c o n t b o n t b o nt a o nt c o n c m p r 3t c o n t b o nt c o n t a o n t b o nt a o n 因而，s v p w m 调制单元每次根据电流环输出的圪、，按照上述方法计算 出三个比较器相应的赋值，产生出相应的s v p w m 脉冲信号。 4 3 8 坐标变换模块 转子径向位置的测量在两正交方向上进行，一般尽量保证把位移传感器安装 在水平和垂直方向。因而位移传感器本身是一个静止的x y 坐标系统，本文采 用的是基于转矩绕组转子磁场定向的控制方法，d 一目旋转坐标系统是以转矩绕 组转子磁场旋转速度q 在空间旋转，转矩绕组的q 一届坐标系统和悬浮绕组的 a ：一肛坐标系统都是两相静止的坐标系统。根据磁链观测单元可以得到转子磁 链的位置角度q 。如图4 1 4 所示，即d 轴与转矩绕组轴线的夹角q ，用于转 矩绕组控制器p 久r k 变换模块；d 轴与悬浮绕组口，轴线的夹角只，用于悬浮绕 组控制器p a r k 变换模块；两套绕组口轴的夹角( 即两套绕组a 相轴线夹角) 为岛： 转矩绕组口轴与传感器坐标系统的x 轴的夹角为职。如果设计样机时充分考虑到 绕组轴线问题，保证转矩绕组a 相轴线和悬浮绕组a 相轴线重合，而且与水平 方向一致，则此时岛= o ，岛= q ，岛= o ，坐标变换相对简单；否则必须根据绕 浙江大学硕士学位论文 第四章 组轴线的空间位置，进行相应的坐标变换。把涡流传感器测量的水平和垂直方向 上的转子位移从传感器所在的x - - _ y 坐标系统变换到转矩绕组的喁一崩坐标系统 中。 d | 一。 p a r k 变换是指把矢量从两相静止a 一坐标系变换到两相旋转坐标系 d - q 中，此模块的输入变量为、妨，输出量为岛、，换算满足以下公式： 2 i a * c o s o + 知抽口( 4 - 1 6 ) l = 一t + s i n o + i p + c o s o p a r k 逆变换则是从两相旋转坐标系到两相静止坐标系，换算满足以下 公式： pi d * c o s 0 - i q * s i n 臼( 4 - 1 7 ) i = 岛+ s i n 0 + 毛c o s 0 c l a r k e 变换是指把定子相电流矢量从三相定子坐标系变换到a 一口坐 标系中，此模块输入变量为三相电流中的a 、b 相电流信号0 ，输出变量 为、，换算满足以下公式： 8 4 6 、j 乞 + k p | | = 0 哆 ，、l 浙江大学硕士学位论文第五章 实现基于转矩绕组转子磁场定向控制的无轴承异步电机变频调速。 ( a ) l 跟踪波形 1 4 1 - 0 8 4 7 -帆蚋 0 2 8 2 - 图5 - 3 b s n 电流跟踪波形 摊 卜一 l 自“ # 皤= m j | f f t 辨 蝴 嚣 * ( b ) l 跟踪波形 ( a ) 转速给定为1 5 0 0 r r a i n ( 标么值为1 ) 时的速度波形和相电流波形 呷八 雪沙 。遗| 4 畔 ( b ) 转速给定为7 5 0 r m i n ( 标么值为0 5 ) 时的速度波形和相电流波形 i 八 ，a 一沪” 一 剐 都誓f ：趔 ( c ) 转速给定为3 7 5 r m i n ( 标么值为0 2 5 ) 时的速度波形和相电流波形 5 4 浙江大学硕士学位论文第五章 再通过悬浮力模型转换到电流给定值。这个实验中，关键是p i d 参数的调试， l d i 。d ( a ) k = l 、可= o 时电流跟踪波形及转予位置图 ( b ) 龌r = - 1 、趣珂= o 时电流跟踪波形及转子位置图 ( c ) ，州一o 、一= - l 时电流跟踪波形及转子位置图 5 8 浙江大学硕士学位论文 第五章 ( d ) 餐拧j 冀鬟蹦 翼爵譬嬖囊霉萋囊襄尊囊蠹囊 薹i ，j 囊謦誊墓霉要擎基謇薹誉囊蕃蠢萋囊蠹墓蠹囊 型掣的定子羹；必荆烈鬟引备j 瑟羽彰喜糖善戮i 瞠疆研髭鞭羹；醑薹鬻誊 翌j 貂鞭蒸。i 书谢菁梯莳一；i 饿藤淆巧与国蓑雾魏；薹萎鞴 勺f 史面翮 户j 乜 割： 霁慝群圳幽册虱尹# 莹自! g 卦性! 烛科期剖燃痧型登孺又盖襞催法瀣寺油 ；誊u u l t 脚变成低电平，该信号接发光二极管进行故障报警。 过流保护的软件处理方法体现在d s p 的故障保护引脚，将i r 2 1 3 0 的f a u l t 故障信号送到d s p 专门处理报警信号的管脚p d p i n t ，一旦该引脚被置低，d s p 浙江大学硕士学位论文 第五章 在动态悬浮实验中，要实现转子的旋转与自悬浮，在调试过程中，特别要注 意由于基准环加工的精度问题，导致位移检测存在一定误差，本文通过实验将误 差做成一个表，在程序处理时，将检测到的位移进行修正，以提高位移检测的准 确性。转矩绕组采用转子磁场定向控制，在不同转速给定下进行动态实验，实验 结果如图5 9 所示。图5 9 ( a ) 5 9 ( c ) 分别是给定转速为3 7 5 ，m i n ( 标么值为o 2 5 ) 、 7 5 0 r m i n ( 标么值为0 5 ) 、1 5 0 0 ，m m ( 标么值为1 ) 时转子在工、y 方向上跳 动位移波形图、转矩绕组相电流波形图、悬浮绕组相电流波形图、转速波形图。 由图可见，在电机稳定运行时，转子偏心位移在6 0 m 以内，小于转轴与备用轴 承之间的间隙值2 0 0 口搠，这说明转子克服了自身重力和偏心时单边磁拉力的作 用实现悬浮旋转；而且转速很平稳，可见电机具有良好的转矩特性。 ( a ) 在转速给定为3 7 5 r m i n ( 标么值为0 2 5 ) 时的实验波形 浙江大学硕士学位论文 第五章 ( b ) 在转速给定为7 5 0 r m i n ( 标么值为0 5 ) 时的实验波形 ( c 1 在转速给定为1 5 0 0 r m i n ( 标么值为1 ) 时的实验波形 图5 9 在不同转速下转子的稳态悬浮情况 6 1 浙江大学硕士学位论文参考文献 参考文献 1 r b o s c h d e v e l o p m e n to fab e a r i n g l e s se l e c 仃i c a lm o t o r c p r o c i n t c o n fe l e c m a c h i c e m 8 8 ，v 0 1 3 ，p p ：3 7 3 - 3 7 5 2 】j b i c h s e l t h eb e 撕n g l e s se l e c 删c a l m a c h i n e i 门j i 彝囊i ；誊 墓；i 节 x 浙江大学硕上学位论文参考文献 1 9 9 4 ，3 0 ( 1 ) ：9 2 1 0 0 1 7 1y o k a d a e t l e v i t a t i o nc o m r o lo fp e 叽a i l e n tm a g l l e tt y p er o t a t i n gm o t o r c 】i e e jp r o c o f s y m p o s i u mo nd y l l 扪i c so f e l e c t r 0m a g n c t i cf o r c e ，p p ：2 5 1 - 2 5 6 ，j u n e1 9 9 2 1 8 j z h o u ，k j t s e n g ad i s k t ) ，p eb e a r i n 9 1 e s sm o i o rf o ru s ea ss a t e l l i t em o m e n t u m - r e a c 石o n w h e e l i e e e 2 0 0 2 【1 9 】a c h b a ，m h a n a z a w a ，t f u k a o ，m a r a n a l l e 丘k t so f m a g i l e t i cs a m 瞰i o no nr a d i a lf o r c e o f b e a r j n 西e s ss y n c l l r o n o u sr e l u c t 柚c em o t o r s i e e e1 h n s o ni n d u s 订ya p p j i c a 6 0 n s ，1 9 9 6 ，3 2 ( 2 ) ， p p ：3 5 4 3 6 2 2 0 】m 1 磕e m o t o ，m ac h i b a ，a tf u k a o am e t l l o do fd e t e r n l i n i n ga d v a l l c e da n g l eo f s q u a r e 、v a v ec u n n t si nb e a r i n g i e s ss w n c h e dr e l u c t a f l c em o t o r si e e ei n d u s 仃ya p p l i c a t i o n s c o n f j r e n c e ，2 0 0 0 、，0 1 1 ，2 0 0 0 ，p p ：2 4 1 2 4 8 【2 1 】m o s h i m a ，k y a m a i d ae ta 1 a ni m p r o v e dc o n t r o lm e t h o do fb u r i e d 一帅ei p mb e a r i n g l e s s m o t o r sc o n s j d e r i n gm a g n e t i cs a 衄龇j o n 如dm a g l l e t i cp u 】v 撕a t j o n ，i e e et r a i l so ne n e r g y c o n v e r s i o n ，1 9 ( 3 ) ，2 0 0 4 p p ：5 6 9 5 7 5 2 2 d e 印e rm w 锄dl o r e i l zr d u s i gm u l t i p l es 鲥e n c i e sf o rt 1 1 ee s t i m a t i o no fn u x ，p o s i t j o n 锄d v e l o c 时i n a c m a c h i n e s 【c 】i e e e ，i a s c o n r e c ，o c t 4 1 0 1 9 9 7 ，n e w o r l e a i l s p p 7 6 0 - 7 6 7 【2 3 】d e g n e rm w a l l dl o r e n zr d p o s n i o ne s t i m a t i o ni nj n d u c t i o nm a 曲i n e su t i l i z i n gr o t o rb a r s 1 0 th a n t l o n i c sa n dc a r r i e r 讹q u e n c ys i g l l a l 蛐e c t b n 【c 】i e 髓。i a s p c cn a g o o k at e c h c o n f r e c ，n a g a o k a ，j a p 锄，a u g u s t ，1 9 9 7 ，p p 6 9 7 2 【2 4 】a z z e d d i n ef e 丌曲，k e i t hjb r a d l y ，g r e gm a s h e la nf f t - b a s e dn 0 v e l 印p r o a c l lt o n o n i n v a s i v es p e e dm e a s u r e m e n ti ni n d u c t i o nm o t o rd r i v e s i e e et r 姐s a c 蛀o n so ni m ，1 9 9 2 ， 4 l ( 6 ) ：7 9 7 - 8 0 2 【2 5 】一t 0 k 哪t o ，d t i m m s ，y o k a d a ，e ta 1 d e v e l o p m e n to f l o r e n t zf o r c et ) ，p es e l 仁b e a r i n gm o t o l 8 “i n t s y m p m a 印e t i cb e 撕n g s ，j 印a i l ，2 0 0 2 ，p p ：5 9 - 6 4 【2 6 】a c h i b a m a r a h m a i l ，t f u k a o r 丑d i a l 缸r c ei na b e 积n g i e s sr e l u c t a n c em o 钒i e e en a n s o nm a ”e t i c s ，1 9 9 1 ，2 7 ( 2 ) ：7 8 6 7 9 1 。 2 7 m t a k e m o t o ，h s u z u k i ，h a c h j b a ，e ta 1 i m p r o v e da n a l y s i so fab e a r i n g l e s ss w i t c h e d r e l u c t a n c em o t o li e e