【摘要】：磁力軸承利用可控的電磁力將轉(zhuǎn)子無(wú)接觸地穩(wěn)定懸浮,并且剛度與阻尼均可控可調(diào),具有傳統(tǒng)軸承無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),被稱為是支承技術(shù)的一場(chǎng)革命。 功率放大器是磁力軸承控制系統(tǒng)的重要組成部分,它將控制信號(hào)放大或轉(zhuǎn)換成有足夠能量的功率信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電磁鐵執(zhí)行器,它的性能優(yōu)劣對(duì)控制系統(tǒng)具有重要影響。 磁力軸承的特點(diǎn)決定了它需要高性能、高效率的功率放大器,同時(shí)也決定了一般的商品化功放很難滿足使用要求,多數(shù)應(yīng)專門(mén)設(shè)計(jì),且設(shè)計(jì)中存在很大的難度和多樣性。 為此,本文對(duì)磁力軸承系統(tǒng)的功率放大器進(jìn)行了研究,主要工作如下: 在對(duì)磁力軸承的系統(tǒng)組成進(jìn)行全面介紹的基礎(chǔ)上,又以單自由度系統(tǒng)為例,詳細(xì)分析了磁力軸承系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述,為功率放大器的分析做準(zhǔn)備;從放大電路的四種模型入手,以電流控制的開(kāi)關(guān)功放為主,對(duì)磁力軸承功率放大器的基本理論作了透徹分析,并且詳細(xì)討論了開(kāi)關(guān)功放的結(jié)構(gòu)組成,給出了按脈沖形成電路的不同而劃分的開(kāi)關(guān)功放的四種類型;對(duì)目前應(yīng)用最廣的PWM開(kāi)關(guān)功放展開(kāi)了研究,討論了PWM調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)方式,給出了PWM開(kāi)關(guān)功放的一個(gè)設(shè)計(jì)示例,并介紹了幾種基于PWM的新型開(kāi)關(guān)功放;介紹了兩款各有特色的仿真軟件MATLAB\Simulink與MultiSIM,分別運(yùn)用這兩款軟件對(duì)三電平PWM開(kāi)關(guān)功放和三電平電流模式開(kāi)關(guān)功放進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。 在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上,對(duì)磁力軸承功率放大器的研究進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TH133.3
【圖文】：

武漢理_L大學(xué)碩士學(xué)位論文由文獻(xiàn)可知，圖2一5所示的簡(jiǎn)化模型中定子與轉(zhuǎn)子間總的吸引力為:F=那onZA124xZ(2一1)那onZA4則有F:2=介三一”，，2人(2一2):聲。為空氣磁導(dǎo)率;n為線圈繞組的匝數(shù);A為定子與轉(zhuǎn)子鐵芯間氣隙k中令其的橫截面積;i為線圈電流;x為工作氣隙。圖2一5磁力軸承計(jì)算模型當(dāng)磁力軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí)，k為常數(shù)。因此，吸引力的大小與線圈電流的平方成正比，與氣隙長(zhǎng)度的平方成反比。2.2.1差動(dòng)磁力軸承的力學(xué)模型前面己經(jīng)提到，若要轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，則磁力軸承必須對(duì)轉(zhuǎn)子除軸向轉(zhuǎn)動(dòng)外的其余五個(gè)自由度施加控制。故實(shí)用的磁力軸承系統(tǒng)一般都是含有兩個(gè)徑向軸承和一個(gè)軸向軸承的五自由度系統(tǒng)。軸向軸承控制軸向的一個(gè)移動(dòng)自由度，而兩個(gè)徑向軸承則分別控制兩個(gè)相互正交的徑向移動(dòng)自由度。軸向和徑向移動(dòng)自由度之間是相互獨(dú)立的，但四個(gè)徑向自由度之間是禍合的。在解禍控制的情況下

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖2一6單自由度差動(dòng)磁力軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2一6所示即為一個(gè)單自由度磁力軸承系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)子的位置可由位移傳感器及其變換電路、調(diào)節(jié)電路和功放電路組成的控制系統(tǒng)精密地控制。該系統(tǒng)由兩個(gè)作用力方向相反的電磁鐵組成差動(dòng)激磁方式進(jìn)行工作，這種布局使得系統(tǒng)既能產(chǎn)生正向力，又能產(chǎn)生反向力。當(dāng)轉(zhuǎn)子偏離參考位置，由傳感器測(cè)出此時(shí)轉(zhuǎn)子偏離參考位置的位移，位置控制器將這一位移信號(hào)變成控制電流，通過(guò)功率放大器的作用，一個(gè)磁鐵的電流為偏置電流與控制電流之和，另一個(gè)為偏置電流與控制電流之差，從而分別改變兩個(gè)電磁鐵產(chǎn)生的吸力大小，使轉(zhuǎn)子能穩(wěn)定懸浮在給定位置。對(duì)于圖2一6所示的單自由度差動(dòng)磁力軸承系統(tǒng)

源獲得輸出電流，最高可達(dá)80V。SA60可為負(fù)載提供10A的連續(xù)電流，峰一值電流可達(dá)15A。在V=sSOv，I=L10A的情況下，效率為91%。圖4一14為SA60PWM功放模塊的外觀圖，圖4一巧為SA60的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。由圖可知，SA60為典型的單芯片結(jié)構(gòu)，內(nèi)部主要由三個(gè)單元電路組成:PWM振蕩器一產(chǎn)生占空比可調(diào)的驅(qū)動(dòng)脈沖;隔離驅(qū)動(dòng)一把驅(qū)動(dòng)脈沖由一路變成兩路來(lái)驅(qū)動(dòng)全橋的四個(gè)MOSEFT;功放的主電路一它由四個(gè)MOSFET構(gòu)成全橋電路結(jié)構(gòu)。圖4一14SA60的外觀圖圖4一15SA60的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖采用表面安裝技術(shù)的美國(guó)AMC公司生產(chǎn)的25A系列PWM伺服放大器，主要用于以高開(kāi)關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)電刷型直流電動(dòng)機(jī)，由一個(gè)專門(mén)的紅/綠LED來(lái)指示當(dāng)

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