无轴承异步电机控制系统实验平台设计_电工文摘

无轴承异步电机控制系统实验平台设计

点击数：7586 次录入时间：03-04 11:58:51 整理：http://www.55dianzi.com 电工文摘

必须参照图3虚线框中气隙磁场解耦控制，计算得到励磁电流

给定值。将转轴旋转角度θr与转差角θ＊s相加得到气
隙磁链ψ1的旋转角度

（即d，q旋转坐标与α，β静止坐标的夹角），这样既能在保证气隙磁场

不变的情况下控制电磁转矩，又可控制气隙磁场的旋转位置。最后

经旋转坐标变换、2／3变换等坐标变换模块得到电枢绕组电流给定值

，

。
　　从DSP是在主DSP实现气隙磁场定向控制的基础上，控制转轴受到的悬浮力。具体步骤是：通过位置检测电路以及模数转换通道检测到转轴位移量，然后经过位置PID调节器得到悬浮力给定值

，按照式（9，10）可以得到径向力绕组在d，q旋转坐标轴上的电流分量

，然后根据电枢绕组气隙磁链ψ1旋转角度

，经过坐标变换模块后得到径向力绕组电流给定值

。
4　实验结果
　　基于以上设计方案，作者研制了无轴承异步电机控制系统实验平台，并在实验样机上进行了调试。以下实验是在空转矩负载条件下进行，而转轴因自身重力影响，被施加了一个Y方向的径向力负载。实验电机参数如下：
　　电枢绕组：2极24槽单层同心式绕组，Rs1＝33．15Ω，Rr1＝24．51Ω，Ls1＝0．011 23 H，Lr1＝0．011 23 H，Lm1＝0．078 H，J1＝0．000 34（kg·m2）；悬浮力绕组：4极24槽单层链式绕组，极对数P2＝2，Rs2＝3．6Ω，Ls2＝0．009 H，Lr2＝0．009 H；鼠笼式转子：质量mr＝1 kg。辅助机械轴承间隙值δ＝250μm。
　　图5（a）中FX，FY表示转轴在3 000 r／min悬浮力给定值波形；X，Y为转轴的径向位移。可以看出转轴位于辅助轴承中心位置附近，且在X，Y方向上的位移范围大约为±15μm。说明转轴已与辅助轴承脱离，平稳悬浮在空中。此时，若观测定子端上机械辅助轴承，可以看到辅助轴承不随转轴旋转，处于静止状态，这也证明转轴实现了悬浮。
　　从图5（b）可以看出在转速从60 r／min上升至3 000 r／min过程中，转轴径向位移范围不超过±30μm，始终处于悬浮状态。这说明在变速过程中，电枢绕组的气隙磁链不随转矩变化而改变，成功地实现了气隙磁场定向解耦控制，也解决了电枢转矩控制与悬浮力控制之间的耦合问题［5］。

5　结束语
　　无轴承异步电机作为一种新型的高速电机，是一个多变量强耦合的非线性系统。针对其控制系统特点，本文设计了一套双DSP数字化控制系统实验平台，其硬件电路结构简单、可靠；软件采用模块化设计，流程清晰。实验证明该实验平台具有很好的稳定性和实时处理能力，达到了无轴承电机悬浮的控制要求。

参考文献
［1］　邓智泉，严仰光．无轴承交流电机的基本理论和研究现状［J］．电工技术学报，2000，15（2）：29～35
［2］　Deng Zhiquan，Zhang Hongquan，W ang Xiaolin，etal．Nonlineardecoupling controlofthe bearinglessinduction motors based on the airgap motor flux ori－entation［J］．Chinese Journal of Aeronautics，2001，15（1）：38～43
［3］　Chiba A，Deido T，Fukao T，et al．An analysis ofbearingless AC motors［J］．IEEE Trans Energy Conversion，1994，9（1）：61～68
［4］　陆玉军，邓智泉，朱秋．基于CRPWM的无轴承异步电机矢量控制系统［J］．南京航空航天大学学报，2002，34（2）：164～167
［5］　Chiba A，Power DT，Rahman M A．Analysis ofno－load characteristics of a bearingless induction motor［J］．IEEE Trans Industry Application，1995，31　　（1）：77～83
［6］　王晓琳，张宏荃，邓智泉，等．DSP的正交解码电路与捕获单元在电机测速中的运用［J］．变频器世界，2002，6（3）：33～35

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