多相单绕组永磁型无轴承电机的研究

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1、论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委员5：论文作者签名：指导教师签名：答辩日期：Author’Ssignature：一‘●‘Supervisor7ssignature：ExtemalReviewers：ExaminingCommitteeChairperson：ExaminingCommitteeMembers：Dateoforaldefence：项目名称：新型单变频器单绕组无轴承电机的研究项目编号：50677060ThisProjectissupportedbyNationalNaturalScienceFou

2、ndationofChina(No．50677060)独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝婆盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将

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4、相电机领域与无轴承领域交叉的产物，既可以实现电机无轴承支承旋转运行，又具备多相电机的诸多优势。因此，本文综合多相和无轴承两个领域的研究热点，针对其独有的特点对此类电机的设计和控制方法，进行了广泛而深入的分析．论文的主要工作包括：有别于目前广泛采用的转矩、悬浮两套绕组，分别通过两个变频器供电的无轴承系统的结构方式，本文设计了一种多相单绕组永磁型无轴承电机。该电机将多相多控制自由度理论与无轴承电机悬浮原理相结合，通过在一套多相绕组中通入两组不同相位差的电流，映射到多相系统不同的平面中产生转矩和悬浮磁场。根据改进绕组函数法推导了该电机的电感矩阵，建立了计及偏心的精确数学模型，采用虚位移

5、法推导了径向力解析模型，并对其进行了有限元仿真验证。讨论分析了多相单绕组无轴承电机的相数的选择、绕组结构、转矩平面极对数选择和定子铜耗等相关问题。借鉴双绕组无轴承电机的控制思路设计了多相单绕组永磁型无轴承电机磁场定向控制系统，针对无轴承电机悬浮系统的控制模型，设计了双环PID-PD控制器对电机悬浮环进行控制，即先将系统内环转化为稳定的控制模型，再通过外环控制器改善系统性能，并给出了对无轴承系统该方法与传统PID算法参数的关系．研制了以TMS320F2812为核心的实验平台，区别于传统多相电机中利用谐波平面电压矢量来实现改善磁场，提高功率密度以及提高电压利用率等控制目标，针对多相单

6、绕组无轴承电机的特点，通过选取谐波平面电压空间矢量，实现了实验样机的平稳悬浮。针对的5相单绕组永磁型无轴承电机，从直流母线电压利用率的角度，讨论了直流母线电压对dl-ql平面和d2-q2平面电压调制度的限制。发现实验样机单纯增加外加悬浮力扰动可能出现两种故障：(1)较轻微的可恢复故障(广泛存在于传统的无轴承电机中)，(2)较为严重的电机失步．通过理论分析和实验结果，确定了五相单绕组无轴承系统的稳定工作运行区域，探究了实验样机出现失步的原因，并给出了初步的解决方案．针对无轴承电机气隙变化比较频繁的特点，采用基于滑模观测器的无位置传感器算法对转子位置信息进行观测，采用饱和函数、变频率

7、滤波等方法消除系统抖震，改善系统辨识反电势波形，实现了五相单绕组无轴承电机的无位置传感器运行．充分利用多相单绕组无轴承电机多自由度的特性，提出当相数大于6时，可以通过多相电机的空余平面(d3-q3)来检测转子位移信息，分析了该电机中永磁体低次谐波对电机悬浮性能以及信号检测的影响，仿真结果对所提方法的可行性进行了验证．根据多相电机的特点，讨论了多相单绕组交替极无轴承电机与普通交替极无轴承电机悬浮力的区别，分析了多相单绕组无轴承交替极永磁型无轴承电机的可行性，并给出一台9相单绕组交替