无轴承异步电机的最大径向力有限元分析

无轴承电机是集成了径向磁轴承功能的高速电机 ,由于功率密度大、结构紧凑 ,它是大功率高速电机的发展趋势。本文利用有限元方法 (FEM)分析了无轴承异步电机的磁场 ,给出了磁场分布图 ,利用气隙磁密的分布计算了作用于转子的径向力。研究表明 ,径向力绕组电流和径向力大小之间的关系受电机磁饱和的影响 ,可计算出最大径向力。本文形象地揭示了无轴承异步电机的径向力产生机理 ,为准确描述径向力的数学模型奠定了基础     

无轴承异步电机数学模型与解耦控制

针对无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的成功解耦是电机稳定悬浮工作的关键问题.在给出了无轴承异步电机径向悬浮力产生原理的基础上,推导了径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型,并采用转子磁场定向控制策略设计了无轴承异步电机矢量控制系统,利用Matlab/Simulink工具箱对该控制系统进行了仿真.仿真试验表明,该控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦控制,电机具有良好的动、静态性能.     

无轴承外转子异步电机转子导条对转矩及悬浮力的性能影响

在介绍了无轴承异步电机工作原理及径向力产生原理和转矩产生原理的基础上,推导了无轴承外转子异步电机数学模型。利用有限元方法分析了无轴承外转子异步电机的磁场,给出了磁场分布图,通过有限元软件模块参数化的功能对样机转子导条数及转子槽尺寸进行了分析。研究表明,转矩脉动及悬浮力脉动受转子导条数的影响较大,转子槽尺寸与平均转矩及平均悬浮力的关系受电机磁饱和的影响。     

无轴承异步电机定子磁场定向控制的研究

在研究无轴承异步电机中实现电磁转矩与径向悬浮力之间的非线性解耦是电机稳定悬浮的关键所在,本文采用了基于d轴电流直接求解的无轴承异步电机定子磁场定向控制,克服了从常规定子磁场定向控制需加解耦器及其带来的输出延时的缺点。在悬浮力控制中引入单边磁拉力反馈控制,以减少系统延时及干扰对转子悬浮控制带来的误差。仿真结果表明电机动态、稳定性能优越。     

宽转子无轴承开关磁阻电机的计及磁饱和径向力模型

针对无轴承开关磁阻电机现有的基于无磁饱和假设的数学模型只适用于未磁饱和工况的缺点,为宽转子单绕组无轴承开关磁阻电机建立了一种可以计及磁饱和影响的全周期径向力数学模型。首先依据该电机的磁场有限元分析结果,基于麦克斯韦应力法求出了径向力关于气隙磁密的表达式;然后对铁心材料的非线性磁化特性进行拟合,再根据该电机的等效磁路计算了计及磁饱和影响的气隙磁密;之后建立了该电机的径向力模型,并在对比分析了边缘气隙磁密和主气隙磁密对径向力的影响后,对所建径向力模型进行简化,以减小计算量和复杂度。最后利用三维有限元分析进行验证,结果表明所建径向力模型对该电机未磁饱和、部分磁饱和以及完全磁饱和工况均适用。计及磁饱和的全周期径向力模型的建立,可以为电机运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论参考。     

无轴承开关磁阻电机磁饱和特性的电磁场分析

阐述了无轴承开关磁阻电机径向悬浮力产生的原理,考虑电机内复杂的磁场饱和情况,定性分析了主、副绕组电流大小对悬浮力的影响.计及磁场饱和,建立了无轴承开关磁阻电机的有限元分析模型,以一台3kW样机为例计算了各种主、副绕组电流组合时的转矩与悬浮力.数值计算结果验证了定性分析所得结果,表明无轴承开关磁阻电机在运行中存在比传统开关磁阻电机更加复杂的磁饱和现象,磁饱和使得电机悬浮力与绕组电流关系严重非线性,而且悬浮力大小并非总是随绕组电流的增加而增加,存在随电流增加悬浮力减小的情况,这必然给稳定悬浮控制带来困难.     

无轴承异步电机SVM-DTC控制研究与设计

针对无轴承电机在高速传动领域使用中存在的问题,提出来一种基于空间电压矢量调制的直接转矩控制方法。建立了无轴承异步电机的数学模型,构建了以悬浮绕组模块、旋转绕组模块和气隙磁场计算模块为主要构成的系统框图。仿真结果表明,通过使用SVM-DTC的控制方法,无轴承异步电机能够具有较好的动静态性能,但是不可避免地产生了速度的超调及转矩和磁链的波动。     

无轴承永磁薄片电机磁悬浮机理研究

无轴承薄片电机采用无轴承技术实现径向两自由度的悬浮，同时利用磁阻力实现除径向和转子转动自由度外的另外三个自由度悬浮。文章介绍了无轴承永磁薄片电机的基本悬浮原理，利用等效磁路模型推导出径向悬浮力解析表达式并以有限元仿真对其作了验证，并介绍了在此基础上的控制方法。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

无轴承永磁同步电机径向力控制研究

分析了无轴承水磁同步电机径向力产生的原因,推导出径向力和径向力绕组电流之间的关系,进而导出永磁电机的径向力数学模型。然后以读数学模型用MATLAB／SIMLINK建模和仿真,并通过试验分析了径向力对矢量控制角的准确度的影响。     

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场和推力解析计算

介绍了一种基于标量磁位分离变量法(圆柱坐标)的径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场解析计算方法。利用该解析法理论分析了无槽电机的气隙磁场,得到了气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果;同时对有槽电机引入了卡特系数并利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数,得出了径向磁通密度的解析表达式;此外,文中还利用解析法计算了无槽电机的推力;通过有限元数值算法对磁场和推力进行计算,结果表明,该电机气隙磁场及电磁推力的两种计算方法的结果误差很小,验证了解析法的正确性和实用性。最后给出了无槽型实验样机的径向磁场分布以及电机额定负载时的推力实验结果,验证了样机分析和设计的正确性。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机稳定运行的前提条件是要实现电磁转矩和径向悬浮力之间的动态解耦控制。本文介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力和数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统。利用Matlab／Simulink工具箱对控制系统作了仿真研究。结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动静态性能。     

无轴承同步磁阻电动机径向力有限元分析

介绍了无轴承同步磁阻电动机径向悬浮力产生原理,给出其径向力数学模型,采用有限元法对电动机的磁场分布以及径向力和绕组电流之间的非线性关系进行分析与计算,研究磁饱和对径向力特性的影响,为无轴承同步磁阻电动机优化设计与有效控制提供了一些思路.     

考虑磁饱和的共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机径向力模型

无轴承开关磁阻电机一般工作在磁路饱和状态,其径向力解析模型的建立是实现稳定悬浮控制的基础.针对无轴承开关磁阻电机径向力的严重非线性问题,提出了一种用一次线性关系描述材料磁化特性的拟合方法,利用该方法针对一台共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机求取了气隙磁场强度,并利用麦克斯韦应力法推导了考虑磁饱和的全周期径向力解析模型.搭建了样机的有限元模型并进行了仿真分析,将仿真结果与线性模型、考虑磁饱和的径向力解析模型计算结果比较,验证了在大电流饱和状态下该模型的准确性.所建的径向力解析模型无需分段,即可在整个电机工作区计算电机径向力,将其应用于控制系统中具有计算速度快、通用性强的特点,为无轴承开关磁阻电机控制策略的研究奠定了理论基础.     

无轴承绕线型异步电机瞬态响应的有限元分析及实验研究

无轴承电机集磁性悬浮与转矩驱动于一体,具有无摩擦、无磨损、无损耗、免维修、寿命长等独特优点,从根本上改变了传统的支承与传动形式.该文介绍一种无轴承绕线型异步电机,通过瞬态有限元分析法(TFEM)计算其径向力和转矩的瞬态响应,结果表明该无轴承电机可以同时产生支承转子重量的稳定径向力与恒定转矩,且其控制电流相互独立,与鼠笼型转子无轴承异步电机相比,前者能够产生更有效的径向力,且转矩不受径向力绕组电流干扰;并在基于SVM-DTC的磁悬浮异步电机悬浮子系统独立控制实验平台上加以测试,结果表明该系统能够实现了无轴承绕线型异步电动稳定悬浮.     

无轴承电机的结构设计

无轴承电机是根据磁轴承和电机产生电磁力原理的相似性,在电机的定子上安装绕组,此绕组在磁轴承中产生径向力,以解耦的方式达到对电机转矩和径向悬浮力独立控制的目的。介绍了无轴承电机发展背景、国内外现状、基本结构、论述了无轴承电机的应用领域及应用前景。无轴承电机具有磁悬浮磁轴承的所有长处,拥有结构紧凑、高传动效率、长寿命运行等优点,无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合,无轴承电机还能消除轴承带来的故障并且减少安全隐患。     

基于ANSYS的无轴承永磁薄片电动机特性分析

介绍了无轴承薄片电动机的基本结构和工作原理,用转子气隙磁场积分的方法推导出电机悬浮力和电磁转矩数学模型。利用ANSYS有限元分析软件,分析了电机转子圆周面上径向悬浮力的分布,验证了径向悬浮力产生机理和数学模型准确性,分析了径向悬浮力和转矩的特性,为电机控制系统的构建提供了理论依据。     

基于转子磁场定向的无轴承异步电机逆系统解耦控制

无轴承异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的系统,根据无轴承异步电机的运行机理,推导了旋转力和径向悬浮力方程,建立了基于转子磁场定向的电机的状态方程,根据状态方程分析系统的可逆性,应用α阶逆系统的方法实现了径向悬浮力与旋转力之间、径向悬浮力之间的动态解耦;并采用线性综合方法设计了系统的闭环控制器。仿真结果表明,系统具有良好的动、静态性能。     

无轴承永磁同步电动机的独立控制研究

传统无轴承永磁同步电机的控制方案由于悬浮绕组的控制必须获得转矩绕组传递的气隙磁场幅值和相位信息，使得转矩绕组和悬浮绕组的控制策略受到相互制约。文中采用传统的电压-电流模型方法辨识出所需的转矩绕组气隙磁链，使电机的电磁转矩和悬浮力控制实现独立控制，从而极大的提高了无轴承永磁同步电动机在超高速领域的实用性。实验结果表明该独立控制方法能较好地满足电机径向悬浮的稳、动态性能要求。     

基于气隙磁通边缘效应的轴向混合磁轴承承载力解析计算

为了研究单自由度轴向混合磁轴承轴向主动悬浮和径向被动悬浮的特性,对提出了基于气隙磁通边缘效应的磁轴承承载力解析计算方法.首先建立了轴向混合磁轴承基于气隙磁通边缘效应的磁路模型,利用分割磁场法推导各部分磁通管的磁导,根据其串并联关系,得到磁路的总磁导,由虚位移法推导了轴向力和径向力的解析表达,得到了轴向力与径向力随轴向气隙和径向位移的变化关系,并分析了轴向力与径向力的耦合特性,为磁悬浮系统轴向和径向的解耦控制提供了理论依据.利用有限元方法对轴向力和径向力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合.