低损耗磁悬浮发电机转子系统的设计与实现

摘要

本文设计了垂直轴磁悬浮风力发电机用同极型与异极型径向磁悬浮轴承,分析了同极型磁悬浮轴承的等效刚度与等效阻尼,计算了系统的模态频率和模态阵型。采用有限元软件Ansoft maxwell详细分析了两种结构磁悬浮轴承的二维磁力线分布,不同偏置电流、旋转速度和转子振动对转子表面磁通密度的影响,以及两种结构磁悬浮轴承在不同控制电流频率下的功率损耗。编写了基于TMS320F28335DSP数字控制器的不完全微分PID控制程序,完成了垂直轴磁悬浮风力发电机转子系统的静态悬浮、刹车制动和额定转速下的旋转试验。
　　研究结果表明:在转子静态悬浮时,同极型与异极型磁悬浮轴承磁力线呈对称均匀分布,磁通密度随着电流的增大而增大。转子旋转产生的涡流场对异极型磁悬浮轴承的磁力线分布、磁通密度影响较大,而对同极型磁悬浮轴承的影响较小。当转子振动时,磁力线分布和磁通密度随转子振幅和线圈电流的变化而变化。同极型磁悬浮轴承在降低支承功耗方面上优于异极型磁悬浮轴承。采用自编不完全微分PID控制程序,可以实现垂直轴磁悬浮风力发电机转子系统的稳定运行。另外,本文所研制的轴向磁悬浮轴承还能够实现系统的刹车制动功能。

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图表清单

注释表

第一章 绪 论

1.1 风力发电机的发展概况

1.2 垂直轴风力发电机的发展概况

1.3 磁悬浮轴承技术的研究现状

1.4 磁悬浮轴承低损耗技术研究现状

1.5 论文的研究意义和研究内容

第二章 系统的结构设计

2.1 风力发电机转子系统试验装置

2.2 磁悬浮轴承系统

2.3 径向磁悬浮轴承的参数设计

2.4 轴向磁悬浮轴承的参数设计

2.5 本章小结

第三章 系统动态性能的理论分析

3.1 转子系统的等效刚度和阻尼

3.2 系统数学模型

3.3 系统的模态振型

3.4 本章小结

第四章 磁轴承磁场特性及功耗分析

4.1 电磁场的有限元分析

4.2 径向磁悬浮轴承磁场特性

4.3 径向磁悬浮轴承的功耗分析

4.4 本章小结

第五章 系统的试验研究

5.1 数字控制器硬件

5.2 不完全微分PID控制算法

5.3 试验系统

5.4 试验研究

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要工作和结论

6.2 进一步的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文