高速电机磁力轴承_转子系统临界转速的计算.pdf

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1、第27卷第27期中国电机工程学报Vol.27No.27Sep.20072007年9月ProceedingsoftheCSEE©2007Chin.Soc.forElec.Eng.文章编号：0258-8013(2007)27-0094-05中图分类号：TM355文献标识码：A学科分类号：470⋅40高速电机磁力轴承–转子系统临界转速的计算王继强，王凤翔，宗鸣(沈阳工业大学电气工程学院，辽宁省沈阳市110023)CriticalSpeedCalculationofMagneticBearing-rotorSystemforaHighSpeedMachineWANGJi-qiang,WAN

2、GFeng-xiang,ZONGMing(SchoolofElectricalEngineering,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110023,LiaoningProvince,China)[1-4]ABSTRACT:Inthispaper,basedonthedynamicalequation容，准确计算转子系统的临界转速，对于采用磁ofmagneticbearing－rotorsystem,thecriticalspeedsofthe力轴承支撑的高速电机来说尤为重要[5]。rotorforahighspeedmachinebym

3、eansoffiniteelement磁力轴承的支承特性对转子的动力学特性有重method(FEM)arecalculated.First,thesupportingstiffnessof要的影响。由于铁磁材料固有的非线性特性，电磁themagneticbearingsanditsrelationshipwiththestructural力一般与位移存在非线性关系。对于磁力轴承，通parametersandfluxdensityofthestaticbiasmagneticfieldare过选择合适的静态偏置电流和控制系统参数，总可analyzed.Then,theisotropy

4、ofthemagneticbearing以使得电磁力与转子的微小位移成近似的线性关supportingtotherotorisprovedbythestaticmagneticfield系。利用成熟的线性控制方法就可以使被控转子获analysisandthelinearstiffnessiscalculated.Atlast,thedynamicalequationofthemagneticbearing－rotorsystemis得优良的性能。可以通过系统参数的选择来控制磁[6-7]builtupandusedtocalculatethecriticalspeedsofthero

5、torof力轴承的动态特性，这也是磁力轴承的优点所在。thehighspeedmachinebymeansoffiniteelementmethod.转子动力学分析方法可以分为两类：传递矩阵Theproposedmethodwasusedtodesignandbuildahigh[8-11][12-15]法和有限元法。目前，传递矩阵法占转子speedmachinewithmagneticbearingswhichhasbeen动力学分析中的主导地位。然而传递矩阵法将转子operatingsuccessfullyat60000r/min.简化为由无质量弹性轴单元连接的多个集总质量KE

6、YWORDS:magneticbearing;highspeedmachine;critical和集总惯量所构成的系统，而不考虑转子的质量分speed;finiteelementmethod布和惯量分布对转子运动的影响，在一定程度上影响了其分析结果的准确性。摘要：在建立高速电机磁力轴承－转子系统的动力学方程基础上，利用有限元法计算了高速电机转子的临界转速。首先有限元法在转子动力学中也有应用，这种方法分析了磁力轴承支承刚度及其与系统结构参数以及气隙静的运动方程表达式简单，规范，物理意义清晰，而[16-17]态偏置磁通密度的关系，然后基于磁场分析证明磁力轴承对且计算的结果要比传递矩阵法

7、准确，在求解转转子的支承是各向同性的，计算了电磁轴承的线性支撑刚子与周围结构组成的机械系统时，有某些优点。随度。在此基础上，建立了磁力轴承－转子系统的动力学方程，着计算机技术的发展，制约有限元方法应用的计算用有限元法计算了高速电机转子的临界转速。利用该计算方机硬件的限制已经不复存在，有限元法将获得更为法，设计研制的1台采用磁力轴承的高速电机已成功实现[18-19]广泛的应用。60000r/min的运行。本文在分析磁力轴承支承特性的基础上，利用关键词：磁力轴承；高速电机