课题综合实验——开题报告

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1、电气工程专业研究-创新性实验开题报告课题:基于磁悬浮轴承的开关磁阻电机提速研究班级:姓名:1选题木课题拟将磁轴承和开关磁阻电机结合进行模拟集成化设计，采用双端对称三自由度磁轴承结构实现电机悬浮，最髙转速预计达到30000rpm,电机功率预计达到5.5Kw并具备提高功率等级的潜力。1・1选题的背景与意义电机功率较小时易于实现高转速，而随着功率的増大，电机转速提升困难，因此-般皆转速和功率的乘积作为衡量电机发展水平的重要指标。以开关磁阻电机为例，采用机械轴承支撑，国内小功率达到lKw,130000rpm,大功率只有180Kw.3000rpm；国外小功率有lKw、200000rpm,大功率已

2、经达到250Kw、22000rpmo由于采用机械轴承，开关磁阻屯机转速和功率乘积限制在一个很低的水平，且国内研究水平远落后于国外。为摆脱机械轴承的束缚，FI前电工界正在研究将高速电机和磁轴承结合，以实现更高的转速和功率等级。国外磁悬浮电机已经发展的较为成熟，磁悬浮电机已经应用于卫星姿态调整的控制力矩陀螺、磨削车床主轴、飞轮电池储能、涡轮发动机，优势显著。毫无疑问高速电机和磁轴承结合是未来电机发展的一个重耍趋势。研究磁悬浮轴承支撑的开关磁阻电机将会是突破机械轴承限制进而提升电机转速的一种有效途径。1・2经济效益分析开关磁阻电机若采用磁轴承支撑，摆脱机械轴承的束缚，可以达到更高的转速和功率

3、等级。电机定、传子无接触，磨损小、摩擦损耗低、无需润滑，省去轴承润滑和冷却系统，降低系统综合成本。高速磁悬浮开关磁阻电机将具备简单坚固、性能可靠，具有高功率密度、高容错性等特点，能够适应高速、重载各种恶劣环境，工作转速具冇极宽的调节范围。普通开关磁阻电机受到轴承限制，转速和功率等级较低，适用范围极为有限，将开关磁阻电机和磁轴承结合，可大幅度捉高电机转速和功率等级，拓宽电机的应用范围。高速磁悬浮开关磁阻电机能够有效减少装置体积重量、提高设备性能，在多电/全电飞机、起动/发电系统、微型发动机、分布式发电系统、不间断电源(UPS)、高速车床主轴、电动/混合动力汽车、武器系统等关键领域具有非常

4、广阔的应用前景，对国民经济产生将极大的促进作用，对发展国防军事、航空航犬科技更是具有积极意义。2可行性分析本课题拟将开关磁阻电机和磁悬浮轴承结合，研究高速磁悬浮开关磁阻电机。采用磁悬浮轴承支撑电机，电机定、转了没有直接接触，转速不再受到机械轴承的限制，不存在机械磨损，降低了转子运传过程屮摩擦损耗，消除了因轴承润滑剂带来的污染，省去庞大的轴承润滑、冷却装置。开关磁阻电机可以向更高的转速和功率发展，提高电机在高速大功率场合适用的能力。木课题拟采用双端对称磁轴承结构，电机结构紧凑，缩短屯机轴向长度，增大转子临界转速，为磁轴承的推广应用创造有利条件。为提高开关功放性能，木课题拟采用三态采样保持

5、控制策略，绕组增加0续流状态，引入三态法以后，电流纹波大小与直流母线电压无关，因此可以在不增加电流纹波的情况下，通过捉高直流母线电压来捉高电磁力的响应速度，同时磁拉力脉动减小，有效提高磁轴承系统的动态特性。研究一种新型的开关磁阻电机位置传感器故障检测及容错控制方法，保证电机能够在高温、多粉尘等极端恶劣环境下稳定运行。3关键问题：1、设计具备容错能力的双端对称磁轴承（考虑永磁偏置轴向径向磁轴承）结构。2、采样保持控制策略的磁悬浮轴承开关功放。3、开关磁阻电机位置传感器信号故障检测及容错控制方法。4、电机和磁轴承系统综合设计：对开关磁阻电机和磁轴承进行整体设计，使系统结构紧凑，优化转子结构

6、，改善转子动力学性能，提高散热能力。5、磁轴承木体设计：对磁轴承进行结构优化，参数设计，保证磁轴承性能指标满足系统要求。6、磁轴承开关功放的改进：改善功放频率响应特性，减小电流纹波，提高功放性能。4性能指标:1、工作转速：0-30000rpm；2、最大线速度：141m/s；3、电机功率:7.5Kw；4、磁轴承功率:<200w；