高速磁悬浮电动机的混合磁轴承最小电流控制
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高温超导材料与磁悬浮技术的发展摘要:简要介绍了超导的原理和物理性质并对高温超导材料的应用进行了评述,并在此基础上介绍了高温超导磁悬浮符技术的最具代表性的高温超导磁悬浮轴承(SMB)的基本原理同时列举了世界各国的代表性SMB样机,最后对SMB的发展应用进行了概述。
关键词:高温超导、基本原理、SMB、发展应用1引言由于具有零电阻、抗磁性和量子隧道效应等奇特的物理特性,超导体自从其被发现以来,超导电性及其应用一直是当代科学技术中最活跃的前沿研究领域之一。
20世纪80年代后期高温超导的发现,在全球掀起了一股“超导热”。
在众多领域中,超导技术的应用具有非常突出的优点和不可取代的作用。
随着高温超导材料和低温制冷技术的迅速发展,使超导技术的应用进步步伐迅速加快。
超导技术在能源、信息、交通、科学仪器、医疗技术、国防以及重大科学工程等方面均具有重要的应用价值,具有重要的战略意义。
根据第五届国际超导工业峰会预测,高温超导应用技术的全球超导产业到2020年将达到2400亿美元以上。
超导技术是21世纪具有光明前景的高新技术。
2超导的基本概述和基本原理2.1超导的定义物质在超低温下失去电阻的性质称为超导电性,具有这种性质的物质称为超导体,超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态,电阻消失以后的状态称为超导状态。
2.2超导材料的基本物理性质(1)零电阻现象,实际晶体即使温度降到零时,其电阻率也不为零,仍然留有一定的剩余电阻率。
金属的纯度愈低,剩余电阻率愈大。
道题的零电阻现象和常导体的零电阻实质上截然不同。
当温度T降至Tc或者以下时,超导体的电阻率突然变为了零,这就是超导体的零电阻现象。
(2)完全抗磁性,又称为麦斯纳效应。
衡量一种材料是否是超导体,必须看其是否同时具有零电阻现象和麦斯纳效应。
麦斯纳效应也揭了超导体的零电阻和理想导体的零电阻有着本质的不同,对于导体,即使是在理想状态下,电阻趋于零时,导体内部的磁通量密度取决于R=0时的磁通状态;对于超导体,在超导状态下,内部的磁通量密度总是等于零。
磁悬浮离心压缩机RTM-090技术手册目录一. RTM系列压缩机介绍 (4)结构特色: (4)使用环境: (4)二、设计基本信息 (5)2.1压缩机命名: (5)2.2工作温度范围: (5)2.3 压缩机规格 (6)2.4 压缩机外观尺寸: (7)2.5 管路连接 (8)2.5.1吸气端/排气端/节能器法兰: (8)2.5.2 蝶阀: (10)2.5.3 逆止阀: (11)三. 进气结构介绍: (12)3.1 进气导叶(Inlet Guide Vanes): (12)3.1.1 入口导叶控制: (12)3.2 执行器: (13)3.2.1 执行器基本信息: (13)3.2.2 线路连接: (14)3.2.3 配线施工: (14)3.2.4 各部控制介紹: (15)3.2.5 问题与解决: (18)3.3 容量调节: (18)3.4 安全裕度方程式: (19)3.5 热气旁通(HGBP): (20)3.6中压关断阀: (20)四、电机: (21)4.1 电机冷却管道: (21)4.1.1 冷媒加热器规格: (21)4.1.2 Pt100电阻温度传感器规格: (21)4.1.3 Pt100军规接头接线点位: (22)4.2 电机冷却回液: (22)4.3 电机温度控制: (24)4.4 电机连接: (24)4.4.1供电电压&频率: (24)4.4.2 变频器搭配组件: (25)4.4.3 接地: (26)4.4.4 主电源输入电缆: (26)4.4.5 接线注意事项: (27)4.5 电机MCC (27)五、控制线接口连接: (28)5.1 磁浮控制器(Magnetic Bearing Controller ,简称MBC)基本数据: (29)5.2 MBC安装注意事项: (29)5.3 MBC外观尺寸: (30)5.4 MBC各接口位臵: (31)5.5 MBC接口信息: (31)5.5.1 接口补充说明: (32)5.5.2 MBC与PLC的通讯 (32)5.6 总谐波失真(Total Harmonic Distortion,简称THD)基本数据: (33)5.7 THD安装&固定: (33)5.8 THD 接口说明: (34)5.9 变频器(VFD) 接口连接: (35)5.10变频器内部参数 (35)六、压缩机吊装及安装: (36)6.1 压缩机吊装: (36)6.2 压缩机安装固定: (36)七、指导说明: (38)7.1 压缩机配件: (38)7.2 阀类组件: (38)7.3 送电前检验: (38)7.4 系統要求: (39)7.5 控制要求: (39)7.6 其他设备: (39)附录:简写说明 (40)一、RTM系列压缩机介绍本技术手册提供工程人员、销售工程师、冷冻空调设计工程师使用RTM系列离心式压缩机的基本信息。
大型磁悬浮地球仪结构设计及磁场分析摘要:研究和设计大型永磁电磁混合磁悬浮地球仪系统的较优磁路结构。
采用动力学分析与磁悬浮理论相结合的方法,建立了系统数学模型,设计了三种结构,进行ANSYS有限元仿真分析和比较,对其中两种结构的磁悬浮地球仪进行了实验验证。
结果显示较优结构的磁悬浮地球仪能稳定悬浮,另一种结构的地球仪则不能稳定悬浮。
实验证实了大型永磁电磁混合悬浮地球仪结构的理论设计的正确性。
关键词:磁悬浮地球仪;数学模型;结构设计;磁场仿真;验证Structure Design and Magnetic Field Analysis of Large-scale Maglev GlobeAbstract: The optimized magnetic circuit structure of large-scale globe system with hybrid-excited magnets is studied and designed in the paper. The paper combines dynamic analysis and maglev theory, establishes mathematical model of the system, designs three kinds of structures based on it, uses the ANSYS soft ware to do finite element simulation analysis and comparison on the structures, finally carries on experimental verification to maglev globes with two different kinds of the three structures. And the experimental results show that maglev globe with optimized one of the two structures can suspend steadily, but maglev globe with the other kind structure can’t make it. The experiment confirmed the correctness of theoretical design on the structure of large-scale globe with hybrid-excited magnets.Key words: maglev globe;m athematical model;structure design;magnetic field simulation;verification0 引言经过100多年的探索,磁悬浮技术已发展成为一种高新技术,广泛应用于军事、空间站、核工业、能源、化工、交通等领域,其代表性应用有磁悬浮列车、磁悬浮天平、磁力轴承、磁悬浮导轨和半导体工业中的芯片传送系统等[1-2]。
毕业设计说明书无轴承电机的结构设计班姓学院:专指导教师:2014年 6 月软件工程无轴承电机的结构设计摘要无轴承电机是典型的机电一体化产品,由于它具有上述诸多优良性能及其在众多工业领域内的应用前景,使得无轴承电机技术越来越受到国内外专家、学者的关注与重视。
而我国对这一技术的研究尚不成熟,针对这种情况,我们在毕业设计中选择了这一课题。
鉴于无轴承电机不但具有磁悬浮轴承的优点,而且比其他同功率的电机及支撑装置,体积小、重量轻、能耗小,对于提高高速及超高速运转机械的工作性能具有重要意义,本文就是基于这些问题提出的。
对于一个典型的无轴承电机来说,它主要由机械、检测、控制三大主要部分组成,而控制系统是整个系统的关键,而合理的机械结构设计又是保证承载能力要求和运行稳定可靠的前提,所以,本论文主要对机械系统和控制系统进行分析和设计。
文中以无轴承电机的永磁偏置径向轴向磁轴承本体结构的设计(机械部分)及控制系统为主要研究对象,设计出合理的结构参数和控制系统,并对系统的稳定性进行简要的分析。
关键词:无轴承电机,磁悬浮轴承,机械系统,支撑装置,承载能力Structure design of bearingless motorsAbstractBearingless motor is a typical mechatronic products, because it has many excellent properties and the application prospect in many industrial fields, the bearing motor technology is paid much more attention by domestic and foreign experts, scholars. But the study on this technology in our country is still not mature, in view of this situation, we choose this topic in graduation design. In view of the merits of the bearingless motor not only has the magnetic bearing, and other than with the power of the motor and supporting device, small volume, light weight, low energy consumption, has very important significance for improving the speed and performance of ultra high speed rotating machinery, this paper is based on these questions. For a bearing motor typically, it consists of three major parts of machinery, detection, control, and the control system is the key of the whole system, and the reasonable mechanical structure design is to ensure the premise, bearing capacity and stable and reliable operation. So, this paper mainly carries on the analysis and design of Mechanical system and control system.The design of bearingless motor of permanent magnet biased radial axial magnetic bearingless body structure (mechanical parts) and control system as the main research object, designs the structure parameters and the reasonable control system, and carries on the brief analysis on the stability of the systemKeywords:Bearingless motor, Magnetic bearing, Mechanical system, Support device, Carrying capacity目录1 引言 (1)2 无轴承电机概述 (2)2.1 无轴承电机的发展状况 (2)2.2 无轴承电机的关键技术的研究现状 (2)2.3 无轴承电机的应用现状 (3)2.4 无轴承电机的特点及应用 (3)2.5 无轴承电机的研究和应用前景 (4)3 无轴承电机的系统机械设计 (6)3.1 转轴部件主要结构尺寸的设计 (6)3.2 主轴上零件的布置 (6)3.3 无轴承电机的主要机构设计 (7)3.4 无轴承电机主要零部件的结构设计 (7)3.4.1 无轴承电机磁悬浮轴承总体结构设计 (7)3.4.2 永磁偏置径向轴向磁轴承的总体结构设计 (8)3.5 无轴承电机的主要零件结构设计 (9)3.5.1 电磁轴承的定子与转子 (9)3.5.2 传感器支架及其基准环 (10)3.5.3 缸筒 (11)3.5.4 转轴 (12)3.6 电磁铁的设计 (12)3.6.1 线圈的电阻和消耗的功率 (13)3.6.2 辅助轴承的确定 (14)3.7 混合磁轴承的具体参数设计 (14)3.7.1 选取永磁材料 (15)3.7.2 确定工作气隙磁感应强度 (15)3.7.3 磁极面积的计算 (15)3.7.4 求定子内径 (15)3.7.5 磁极面积的计算 (15)3.7.6 安匝数的计算 (15)3.7.7 匝数与电流的分配 (16)3.7.8 线径 (16)3.7.9 窗口面积的求取 (16)3.7.10 永久磁铁参数计算 (16)4 磁悬浮轴承的工作原理 (17)4.1 磁轴承的组成 (18)4.1.1 磁轴承的机械系统 (18)4.1.2 磁轴承的偏磁回路 (18)4.1.3 磁轴承的控制回路 (18)4.2 磁轴承的基本工作原理 (19)4.2.1 永磁偏置径向轴向磁轴承的基本结构和工作原理 (20)5 毕业设计小结 (23)参考文献 (24)致谢 (26)1 引言所谓无轴承电机(Bearingless Motor or Self-bearing Motor),并不是说不需要轴承来支承,而是不需单独设计或使用专门的机械轴承、气浮或液浮轴承。
磁悬浮飞轮的终端滑模控制王航;赵斌【摘要】针对已知的磁悬浮飞轮的动力学模型设计高增益微分器、终端滑模控制器.依据Lyapunov函数对系统的稳定性进行了分析.由仿真结果可知,该控制算法实现磁悬浮飞轮的稳定悬浮,与普通滑模控制相比,终端滑模控制实现了在给定时间内状态的快速响应.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2016(045)007【总页数】5页(P26-29,55)【关键词】磁悬浮飞轮;终端滑模控制;高增益观测器【作者】王航;赵斌【作者单位】西安石油大学机械工程学院,陕西西安 710065;西安石油大学机械工程学院,陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TM919飞轮储能是一种新型的绿色蓄能方式。
飞轮储能电池的转化效率、蓄电容量以及充放电次数都优于普通的化学电池,这些优点使得飞轮储能在电动汽车、轨道交通和电力调峰等领域有着广阔的应用前景。
飞轮储能系统是以高速旋转的飞轮来储存能量的。
以主动磁轴承支撑飞轮转子,飞轮转子悬浮在真空室内,不需要润滑和机械轴承,可以大大地降低摩擦阻力,从而减小系统的能量耗散,同时减小了系统的抖振,使飞轮系统的寿命延长,并改善了飞轮在高速转动时的运动品质。
由于需要产生很大的止推力使转子悬浮,这会增加主动磁轴承的电能消耗,故在实际应用中,一般将主动磁轴承与永磁轴承组合使用,即,永磁轴承提供转子悬浮的力,而主动磁轴承用以消除飞轮的振动。
滑模变结构控制的系统“结构”不固定,随着系统的状态,按照预定的“滑动模态”轨迹运动。
滑动模态的设计与系统参数和扰动无关,故滑模控制对系统所受干扰和参数的不确定性具有自适应性[1-2]。
由于普通滑模控制无法实现系统状态在期望的时间内收敛到系统平衡点,Zak于1988年提出了终端滑模控制。
终端滑模控制在滑模切换函数中引入非线性项,改善了系统的收敛特性,使得系统可以在有限的时间范围内快速、精确地收敛到期望的轨迹。
由于这些优点,终端滑模控制广泛应用于机器人控制、电机控制和飞行器控制等领域。
飞轮储能用磁轴承综述
刘钙;朱熀秋
【期刊名称】《轴承》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】磁轴承是利用磁场力将转子悬浮于空间,实现定子与转子之间无机械接触的一种新型支承轴承,在飞轮储能领域具有非常广阔的应用前景。
阐述了飞轮储能工作原理以及常见的4种磁轴承支承方式,根据偏置磁通产生方式、受控自由度数量、磁极数量对磁轴承结构进行分类介绍,并对磁轴承关键技术参数优化、无传感控制技术以及解耦控制技术进行综述,指出磁轴承关键技术的未来发展趋势是使用智能算法建立模型求最优解。
【总页数】11页(P9-18)
【作者】刘钙;朱熀秋
【作者单位】徐州工程学院电气与控制工程学院;江苏大学电气信息工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TH133.31
【相关文献】
1.一种新型飞轮储能用三定子三自由度磁轴承
2.飞轮储能用混合磁悬浮轴承温度场分析
3.磁悬浮飞轮储能用永磁偏置磁轴承设计
4.飞轮储能用磁轴承传感器端扰动自适应迭代学习控制方法
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磁悬浮技术发展应用与研究现状磁悬浮系统及悬浮控制原理磁悬浮系统主要由间隙传感器、加速度计、磁悬浮电源变换器、悬浮电磁铁和悬浮控制器等组成。
当向电磁铁的绕组中通以一定的电流时,悬浮电磁铁会对浮体产生相应的电磁吸引力。
当产生的电磁吸引力大过被悬浮物体的重力时,浮体就会被向上吸起来,从而实现悬浮。
因此,为了使浮体可以稳定地处于悬浮状态,需要调节电磁铁绕组中的电流的大小,使其产生的电磁吸力的大小等于被悬浮物体重力的大小。
但是由电磁吸引力与重力所构成的平衡是一种不稳定的平衡关系。
这是由于电磁铁和浮体之间的电磁力大小与悬浮间隙大小的平方成反比,即当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越小时电磁吸引力就越大,反之当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越大时电磁力就会越小。
所以外界的扰动来干扰这种平衡时,即便系统只是受到非常微小的扰动,这种平衡状态也会被破坏。
因此,需要设计一个闭环反馈控制系统来对对整个系统实现闭环控制。
间隙传感器可以直接测量出浮体的悬浮间隙的大小,并且将它转变成位移信号;再由控制器存储、变换及运算,并且根据控制器的运算方法产生相应的控制信号;功率放大器会根据接收到的控制信号产生系统需要的控制电压,从而控制电磁铁中的电流,使执行电磁铁产生相应的电磁吸引力。
所以当浮体与电磁铁之间的悬浮间隙发生改变时,需要及时地调整电磁铁线圈中电流的大小,就可以改变电磁力的大小,这样就可以保证被悬浮物体能够稳定地悬浮在平衡位置附近。
因此为了实现磁悬浮系统的可靠性,必须精确控制电磁铁中电流,即电磁铁线圈两端电压的大小,以确保磁场可以保持稳定的电磁强度和相应的电磁悬浮力。
磁悬浮技术的发展与应用1842年,英国物理学家Earnshaw就提出了磁悬浮的概念,同时指出,单靠永久磁铁不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。
1900年初,美国、法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运行的若干猜想,也就是磁悬浮的早期模型,并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。
南京航空航天大学硕士学位论文磁轴承开关型功率放大器的研究姓名:臧晓敏申请学位级别:硕士专业:电力电子与电力传动指导教师:邓智泉20040301南京航空航天大学硕士学位论文摘要高速磁轴承的发展需要高性能、高效率的功率放大器与之配套。
开关型功率放大器因其损耗小、效率高、通频带宽等优点,广泛取代了早期低效率的线性功放,成为目前功率放大器研究的重点。
传统的磁轴承开关功放大都采用电流两态调制技术,存在电流纹波大、动态特性受限等缺点。
电流三态调制技术很好地克服了上述缺点,实现了开关功放低电流纹波和良好的动态特性的理想结合。
本文讨论了开关功放设计的一般原则,分析比较了不同的控制策略。
仿真结果验证了电流三态调制技术的优越性能;实验表明本文研制的基于采样一保持策略电流三态调制开关功放具有结构简单、效率高、纹波小、电流动态响应快、频带宽、受负载影响小等优点,能很好地满足高速磁轴承的耍求。
关键词:开关型功率放大器,磁轴承,采样一保持,电流三态调制磁轴承开关型功率放大器的研究AbstractWiththedevelopmentofhigh—speedmagneticbearing,thehigherrequirementsofpoweramplifierareraisedincludinghighperformanceandhighefficiency.Switchingpoweramplifierispopularlyusedbecauseofitsvirtuesoflowpowerlosses,highefficiencyandhi曲frequencybandwidth.Thestandardcurrentcontrolledbi—statePWMswitchingpoweramplifierhasitsintrinsicdeficiencies,suchassignificantharmonicdistortionandrestrictionofthedynamiccharacteristic,whichhaveseriousnegativeeffectsonthemagneticbearingsystem.Toovercomethesedrawbacks,theapplicationofcurrentcontrolledtri—statePWMtechnologytotheswitchingpoweramplifierisproposed,whichcanprovidebeRerdynamicresponsecombinedwithlowerharmonicdistortion.Thispaperdescribesthegeneraldesignrulesofswitchingpoweramplifierandanalysesdifferentcontrolstrategies.Simulationcomparisonsverifythesuperiorperformanceofthetri—statePWMtechnology.Experimentalresultsindicatethatthecurrent-controlledtri—statePWMswitchingpoweramplifierbasedonsample—holdstrategyhashighfrequencybandwidthandfastdynamicresponseinawideloadrange,whichcarlwellmeetthedemandsofhigh・speedmagneticbearing.Keywords:switchingpoweramplifier,magneticbearing,sample・hold,current.controlledtri—statePWM南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论I.I磁悬浮轴承I.I.1磁悬浮轴承概述磁悬浮轴承(以下简称磁轴承,MagneticBearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空间,使转子和定子之间没有机械接触的一种高性能轴承。
1、绪论1.1 磁悬浮轴承简介现代机械工程都在朝着信息化、自动化、智能化发展,近几十年的发展表明,在现代机械工程领域里,几乎所有有生命力、有发展前途、有较大影响的新技术、新工艺和新生科研方向都集中在机电一体化(mechantronics)领域。
和传统机械相比,机电一体化机械主要增添了传感器(sensor)和控制器(controller)两大部分,它不仅能感受环境的变化,而且还能根据控制程序对此做出反应,具有类似于人的功能。
磁悬浮轴承(magnetic bearing)就是机电一体化机械的典型产品,是现代高技术的结晶。
磁悬浮轴承是一种利用电磁场力将转子悬浮于空间,不需要任何介质而实现承载的非接触式支承装置,与传统的滚动轴承和滑动轴承相比,磁悬浮轴承明显的特点在于没有机械接触,不需要传力介质,而且其支承力可控。
因此而具有传统轴承无法比拟的优越性:由于没有机械摩擦和磨损,所以降低了工作能耗和噪声,延长了使用寿命;动力损失小,便于应用在高速运动场合;由于不需要润滑和密封系统,排除了污染,可用于真空超净,腐蚀性介质以及极端温度和压力等特殊工作环境;具有良好的转子动力学特性。
轴承是机电工业的基础产业之一,其性能的好坏直接影响到机电产品(如超高速超精密加工机床)的科技含量及其在国际上的竞争力。
由于磁悬浮轴承具有一系列的优良品质,从根本上改变了传统的支承形式,它在航空航天、能源交通、机械工程、机器人等高技术领域具有广泛的应用前景。
磁悬浮轴承的种类很多,按照悬浮磁场的不同,可分为以下几类:(1)按磁场力的来源分为永久磁铁型、电磁铁和永久磁铁混合型以及纯电磁铁型;(2)按磁场力是否受控可以分为被动型和主动型;(3)按磁场力类型可以分为吸力型和斥力型。
目前,常用的是主动磁悬浮轴承(AMB),利用转子上的电磁线圈与转子上的铁磁材料之间的吸力实现支承。
磁悬浮轴承的特点:这种新型转子支撑件有如下突出优点:(1)回转速度高,磁悬浮轴承的转速只受转子铁磁材料的限制,最大线速度可达200m/s;(2)无磨损,功耗低;(3)无需润滑和密封系统,适用多种工作环境,而且对环境温度不敏感;(4)具有自动平衡性,可使转子系统自身的惯性轴回转,从而消除了不平衡力,使机身的震动大大降低。