隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對旋轉(zhuǎn)機械的性能提出了各種越來越苛刻要求。在能源動力機械與化工機械中,要求轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和精度越來越高、轉(zhuǎn)子與定子間的間隙越小越好以追求更高的效率。而對另一些工作在極端高溫或低溫環(huán)境下的軍工、航空航天領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)機械來說,除了要求能夠承受嚴酷的環(huán)境考驗之外,對于支撐的可控性,安全及可靠性的考慮往往是第一位的。因此具有較高轉(zhuǎn)速、摩擦功耗小、無需潤滑以及可控性等諸多優(yōu)點的磁懸浮軸承日益成為科技領(lǐng)域和企業(yè)界關(guān)注的熱點課題項目之一。 高性能電磁軸承是涉及機械學(xué)、電磁學(xué)、電子學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、控制工程和計算機科學(xué)等多學(xué)科的綜合性高技術(shù)系統(tǒng)工程。目前,電磁軸承的研究基本上都是對電氣部分的研究,對機械部分的相關(guān)研究很少。目前國內(nèi)外對電磁軸承的研究工作,多數(shù)集中在對電氣部分的優(yōu)化設(shè)計,而對機械部分的研究工作相對較少。 本文針對電磁軸承的主體—機械部分的結(jié)構(gòu)與磁學(xué)特性進行了較為深入的研究。根據(jù)現(xiàn)代電磁軸承系統(tǒng)所存在的結(jié)構(gòu)問題,提出了一種永磁偏置混合磁懸浮軸承(HMB),即把用永久磁鐵產(chǎn)生的磁場取代主動磁懸浮軸承中電磁鐵產(chǎn)生的靜態(tài)偏置磁場,而采用電磁鐵作為電磁軸承的調(diào)節(jié)裝置。 (1)針對目前電磁軸承中存在的問題,提出了利用永久磁鐵提供偏置磁場、電磁鐵提供控制磁場的混合式主動磁懸浮軸承系統(tǒng)。在原有磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種新型的磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化,將徑向電磁軸承與軸向電磁軸承做成一體,有效的地提高了磁懸浮軸承的產(chǎn)品性能。 (2)介紹了永磁偏置混合磁軸承的結(jié)構(gòu)及其工作原理,在此基礎(chǔ)上,建立了該磁軸承的等效磁路模型,并采用疊加原理對其磁路進行了分析計算,推導(dǎo)了該磁軸承的承載力計算表達式。并介紹了永磁鐵的設(shè)計與選擇方法以及永磁鐵的工作特性。 (3)利用電磁有限元仿真軟件Ansoft中的Maxwell-2D對電磁軸承進行了二維渦流場的計算,得到了只有永磁鐵時以及加載電流后的電磁軸承的磁場強度、磁感應(yīng)強度等參數(shù)的分布情況,為電磁軸承的設(shè)計提供了參考。通過對疊片轉(zhuǎn)子的進行有限元分析發(fā)現(xiàn)采用疊片轉(zhuǎn)子比采用實心轉(zhuǎn)子功耗小,渦流損失小,因此疊片轉(zhuǎn)子具有優(yōu)越性,設(shè)計可行。 (4)分析了混合電磁軸承的力耦合和運動耦合現(xiàn)象,得出了轉(zhuǎn)子在不同角度時,徑向懸浮力沿圓周方向的分布情況,徑向懸浮力與軸向懸浮力的力耦合分布以及電磁軸承的電流與懸浮力之間的關(guān)系。 (5)介紹了磁懸浮軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù),通過對機械結(jié)構(gòu)的分析得出單自由度和五自由度轉(zhuǎn)子的數(shù)學(xué)模型,為控制系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù)。電磁軸承支承的軸承系統(tǒng)本身是不穩(wěn)定的,必須通過對其進行反饋控制才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的懸浮。針對混合電磁軸承控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點,對原有的傳統(tǒng)PID控制方法進行了改進,形成非線性補償PID控制與基于遺傳算法的PID控制方法,并對三種控制方法進行了比較研究。 (6)對系統(tǒng)的控制器進行了設(shè)計,利用MATLAB中的Simulink模塊庫對所設(shè)計的PID控制參數(shù)進行了整定調(diào)試。利用設(shè)計的PID控制器、非線性補償PID控制器以及基于遺傳算法的PID控制器對系統(tǒng)階躍響應(yīng)、軸承起伏過程以及負載變化時的電流波形情況進行了仿真比較,發(fā)現(xiàn)非線性補償PID控制器以及基于遺傳算法的PID控制器,對電磁軸承的控制效果較好。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

儲存能量 15.gwh，動量距54.sNms，解決了該Ib1題[8][”]。此后，多倫多大學(xué)，德克薩斯A&M大學(xué)，NASA等研究機構(gòu)在此方面進行了深入的研究。圖1.1為伯明翰車展上的應(yīng)用了磁負載復(fù)合的威廉姆斯電驅(qū)KERS系統(tǒng)。從航天領(lǐng)域的應(yīng)用開始，飛輪電池在其他應(yīng)用領(lǐng)域的研究也隨之展開。經(jīng)過近些年的發(fā)展，現(xiàn)在飛輪儲能的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且正在不斷飛速發(fā)展，由于它具有良好的性能和相對比較理想的性能價格比，而越來越多地應(yīng)用于各種場合，己經(jīng)成為近幾年儲能設(shè)備應(yīng)用研究的主要對象，而且必將逐步占領(lǐng)更大的儲能設(shè)備市場。圖1.2為Flybird公司研發(fā)的具有結(jié)構(gòu)緊湊總重僅有24公斤的飛輪動能回收系統(tǒng)實物圖。圖1.1威廉姆斯電驅(qū)KERs系統(tǒng)圖 1.2Flybird公司飛輪動能回收系統(tǒng)(2)在真空和超凈環(huán)境中的應(yīng)用近幾年來，由于半導(dǎo)體、光學(xué)鍍膜、離子蝕刻和液晶顯示器件等應(yīng)用領(lǐng)域迅速發(fā)展，其質(zhì)量要求越來越高。過去常用的有油污染的真空系統(tǒng)難以保證制

以及潛艇、飛機、火箭制導(dǎo)等。例如，美國國防部為研發(fā)新型復(fù)合電力戰(zhàn)車設(shè)立的復(fù)合動力戰(zhàn)車系統(tǒng)(GHPS)項目。在低軌道衛(wèi)星應(yīng)用中，航空器主要動力源是由光電轉(zhuǎn)換器來提供電源。電源儲存的能量(在60分鐘太陽光照射時)能夠滿足30分鐘無太陽照射時處在黑暗中的應(yīng)用。因此，要求飛輪能量儲存系統(tǒng)，也稱為飛輪電池，其轉(zhuǎn)速為20000rpm，儲存能量 15.gwh，動量距54.sNms，解決了該Ib1題[8][”]。此后，多倫多大學(xué)，德克薩斯A&M大學(xué)，NASA等研究機構(gòu)在此方面進行了深入的研究。圖1.1為伯明翰車展上的應(yīng)用了磁負載復(fù)合的威廉姆斯電驅(qū)KERS系統(tǒng)。從航天領(lǐng)域的應(yīng)用開始，飛輪電池在其他應(yīng)用領(lǐng)域的研究也隨之展開。經(jīng)過近些年的發(fā)展，現(xiàn)在飛輪儲能的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且正在不斷飛速發(fā)展，由于它具有良好的性能和相對比較理想的性能價格比，而越來越多地應(yīng)用于各種場合，己經(jīng)成為近幾年儲能設(shè)備應(yīng)用研究的主要對象，而且必將逐步占領(lǐng)更大的儲能設(shè)備市場。圖1.2為Flybird公司研發(fā)的具有結(jié)構(gòu)緊湊總重僅有24公斤的飛輪動能回收系統(tǒng)實物圖。

永磁偏置混合磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化及控制方法研究備這些材料的純度和質(zhì)量，有逐漸被淘汰的趨勢。這種系統(tǒng)已經(jīng)被無油污染的干式清潔真空泵取代。由于磁力軸承不存在機械磨損，不需潤滑，不引起環(huán)境污染，必要時，甚至可以使磁力透過容器壁發(fā)生作用而將軸承安排在真空容器外面。因此，磁力軸承真空泵成為目前磁懸浮技術(shù)最大的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。僅日本精工精機公司出口到美國的軸承磁力真空泵一年就價值8億美元。目前，國內(nèi)阿爾卡特公司生產(chǎn)的ATH一M系列磁懸浮渦輪分子泵優(yōu)勢明顯，如圖1.3所示。圖1.4為用于壓縮機上的可傾瓦磁懸浮軸承。

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張大勇;物質(zhì)磁性參數(shù)測量裝置的研究[D];河北聯(lián)合大學(xué);2013年

本文編號：2815184