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零轴承按钮磁阻电机的频谱换置器探讨
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-11-21

  系统(system)构成无轴承(bearing)开关磁阻马达系统硬件主要包括:无轴承开关磁阻电机本体、主绕组、悬浮绕组功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)电路(Electric circuit)及驱动(Driver)电路(DC)、DSP数字控制(control)器、CPLD逻辑(Logic)控制器、PID调节(adjust)单元、信号调理电路、过压过流保护电路、传感器和相关辅助电源(power supply)。微型电动机是指直径小于160mm或额定功率小于750W的电机,微型电动机常用于控制系统或传动机械负载中,用于实现机电信号或能量的检测、解析运算、放大、实行或转换等功能。娱乐吧亚洲第一品牌由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不再需要过多地考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力,及确保电机的使用寿命。电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。其系统框图如示。
  功率电路设计(Design)分析(Analyse)无轴承开关磁阻电机的悬浮原理(Maxim)可知,电机转子(rotor)悬浮是通过给悬浮绕组通电改变主绕组产生的磁场(定义:传递实物间磁力作用的场),使气隙的磁场分布不均匀(jūn yún),从而产生悬浮力。主绕组一方面产生旋转(rotate)转矩,使电机旋转;另一方面提供产生悬浮力的偏置磁场,通过与悬浮绕组产生的控制磁场相互作用(role)产生麦克斯韦力,使转轴悬浮。无轴承开关磁阻电机系统中的功率电路是向绕组提供能量的单元,其要求与普通开关磁阻电机功率变换器有相似之处也有不同的地方。下面分别先容主绕组和悬浮绕组功率电路。
  主绕组功率电路设计根据无轴承开关磁阻电机数学模型(model),可以推导出径向悬浮力的数学表达式:Fα=Kf1(θ)imaisa1(1)Fβ=Kf2(θ)imaisa2(2)其中系数Kf1(θ)、Kf2(θ)分别为:Kf1(θ)≈NmNbμ0lrπ-12|θe|6l2g0+4(2r|θe|+lg0)|θe|πr2|θe|2lg0+rl2g0(π+2)|θe|+2l3g0(3)Kf2(θ)≈NmNbμ0lr(π-12|θe|)|θe|12l2g0-2lg0+4(2r|θe|+lg0)πr2|θe|2+rlg0(π+2)|θe|+2l2g0(4)式中:-π12≤θ≤π12;Nm主绕组匝数;Nb悬浮绕组匝数;μ0磁导率;l定、转子轴向叠片长度;r转子极弧半径;lg0气隙长度。
  上述均为电机参数。
  根据数学表达式,可以看出悬浮力的大小与方向,一方面与主绕组电流(Electron flow)大小和方向有关,另一方面还和悬浮绕组电流的大小和方向有关。从方便控制电机的角度(angle)出发,在保持主绕组电流方向不变的前提下,通过调节悬浮绕组电流的大小和方向,控制主绕组电流的大小来实现对悬浮力的大小和方向的控制。因此,主绕组电流大小变化,方向不变,与普通开关磁阻电机绕组中的电流特点相似。
  选用普通开关磁阻电机基本的功率变换器之一:不对称(symmetry)半桥变换器作为主绕组的功率变换器,如所示。中A
  M、B
  M、Cm分别代表无轴承开关图3主绕组功率电路磁阻电机的三相
  A、
  B、C主绕组,D1~D6是主开关管关断后,用来续流的晶体二极管,T1、T2是A相主绕组的开关管,T3、T4是B相主绕组的开关管,T5、T6是C相主绕组的开关管。此功率电路中,各相独立控制。主绕组电流方向固定,可以通过控制开关管的开通和关断,来调节主绕组电流的大小。
  根据设计要求,在主绕组功率变换器中,主开关管选用APT5010LFLL.其耐压500V,最大允许电流46A.在标准测试条件下,开通延迟时间11ns,关断延迟时间25ns,上升时间15ns,下降(descend)时间3ns.快速软恢复整流二极管选用80EPF06,其耐压600V,最大允许平均电流80A.
  悬浮绕组功率电路设计当主绕组电流一定时,通过控制悬浮绕组就可控制径向悬浮力。为实现稳定悬浮,悬浮绕组功率逆变器必须能提供大小可调、方向可变的电流。综合考虑(consider)电路特点及悬浮绕组功率电路要求,功率电路拓扑采用三相四桥臂电路,如示。
  中A
  S、B
  S、Cs分别代表无轴承开关磁阻发电机的三相悬浮绕组,D1~D8是开关管MOSFET反向并联的二极管,T1、T2是公共桥臂的开关管,T3~T8是三相桥臂的开关管。
  驱动隔离电路设计为了保证绕组功率的电路正常工作(job),根据功率电路的要求正确选择(Select)和设计MOSFET管的驱动电路十分重要。驱动电路的基本功能有:主电路与控制电路的电隔离;保证器件的开关性能;较强的抗干扰能力;短的信号传输延迟时间;可靠的保护功能。根据尽量减少隔离、驱动芯片的开通延迟时间、开通上升时间、关断下降时间等要求,选用驱动芯片IXDD409P
  I、高速光耦6N137组成驱动隔离电路,如所示。
  功率电路实验(experiment)基于上述的无轴承开关磁阻电机主、悬浮绕组功率电路及驱动电路设计方案,在原理样机上进行了实验。为在给定转速(Rotational Speed)3200r/min空载情况下,α、β正方向位移波形(分别为通道1、2)。在此转速下,α方向的径向位移小于50μm,β方向的径向位移小于60μm.为主绕组
  C、B两相(分别为通道1、2)的电流波形,为悬浮绕组α和β的A相(通道1和2)在此转速下的电流波形。从实验结果来看,主绕组和悬浮绕组功率逆变器能够满足电机控制的要求,径向位移跳动较小。在稳定悬浮时,电机转轴与辅助轴承脱离接触,辅助轴承静止不动。
  结语根据无轴承开关磁阻电机的控制特点,主、悬浮绕组的功率电路分别采用不对称半桥变换器电路和三相四桥臂电路。电机实验系统运行的结果证实了本文所设计的功率电路是行之有效的,为下一步的实验打下了良好的基础。
  
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