增强能量增量法求解无轴承开关磁阻电机电感

有别于磁链法和需要求解二阶偏导数的能量增量法,本文采用一种称作增强能量增量法计算非线性系统的磁链、静态电感(割线电感)和动态电感(差分电感).该法首先给定各回路的工作点,其次在工作点附近给予一较小的扰动电流,则系统的磁场也随之扰动.结合磁性材料的B-H曲线,磁场能量增量可以通过对磁场强度H、磁感应强度B增量的积分获得.由此,在不需要微分的条件下,各回路的磁链、静态电感和动态电感可以分别求得.本文以12/8 7.5 kW无轴承开关磁阻电机为例,在认为三相绕组完全分时导通时,可忽略相间互感;以线性铁芯材料为例,说明了主、悬浮绕组间互感在合适的连接下也可以忽略.因此,仅需求解一相主绕组、悬浮绕组的静态、动态自感即可.求解这些电感随位置角和工作电流的变化,取得了与实验一致的结果.     

无轴承开关磁阻电机拓扑及解耦机理分析

无轴承开关 磁阻电机（Bearingless switched reluctance motor ，BSRM）是一个多变量、非线性且强 耦合的复杂系统。为提高悬浮精度和发挥电机性能，需提升悬浮电流的跟踪及斩波控制水平 ，以及实现转矩与悬浮力的解耦控制，发展结构上具有自解耦功能的新型BSRM拓扑是解决该 问题的有效手段之一。根据现有BSRM转矩与悬浮力的解耦机理和构造特点，对结构上可解耦 的BSRM拓扑进行了归纳与分类，并对每种电机的结构、运行机理及优缺点进行了解析。有别 于现有电机结构，分别提出了双凸定子齿BSRM、宽转子齿BSRM、复合结构BSRM、锥形结构BS RM等4类具有自解耦特性的新型拓扑，并衍生出了每类结构下的不同实现形式，从而进一步 拓展无轴承电机的悬浮理论与应用范围。结合每类结构自身特点，构建与之相适应的运行模 式，以实现旋转和悬浮功能的解耦，从而强化其解耦应用特色。简要分析每种电机转矩和悬 浮力在结构上自解耦的机理，并利用有限元仿真验证其可行性。     

基于逆变器开关状态的无轴承异步电机悬浮系统独立控制

无轴承异步电机悬浮系统的独立控制是实现其高速运转的有效工作方式。无轴承异步电机实现悬浮工作客观要求准确控制转矩绕组气隙磁场信息，因此对转矩绕组气隙磁链的幅值和相位的辨识是实现独立控制的关键。本文提出了基于逆变器开关状态的转矩绕组气隙磁链幅值和相位的辨识方法，并应用这种方法实现了悬浮子系统的独立控制。文中对无轴承电机径向悬浮力控制、基于逆变器开关状态的转矩绕组气隙磁辨识进行了分析，实验结果表明此系统较好地满足了径向悬浮的稳、动态性能要求，验证了分析的正确性，系统在实现悬浮工作的前提下保持了电机旋转控制策略的灵活性。     

一种新型的五自由度磁悬浮电机

介绍了一种新型的五自由度磁悬浮电机系统，它由两自由度无轴承电机和三自由度磁轴承两个独立悬浮单元构成。其中无轴承电机将悬浮绕组与转矩绕组叠绕在一起，同时实现转矩驱动和转子两自由度径向悬浮；三自由度磁轴承利用单极永磁偏置磁场实现转子轴向悬浮以及两自由度径向悬浮。该电机结构紧凑，有利于向大功率、高转速方向发展。文中介绍了悬浮力产生的基本原理，简要推导了系统数学模型，给出了控制系统框图。最后对实验样机转子在五个自由度上的悬浮情况以及绕组电流变化进行了测量和分析。实验结果验证了所述原理和控制方案的正确性。     

计算恒定磁场的假想磁荷模型

本文从永磁的两种理论模型(标量磁位模型与向量磁位模型)出发,找到永磁中假想磁荷密度与它的束缚电流密度的等效关系,从而提出了在一般恒定磁场的计算中,用假想磁荷取代宏观电流的可能性,这样,可使原来的旋度场问题转化为势位场问题,使标量磁位的概念可以在整个计算区域(包括存在宏观电流的区域)任意使用,仅计算磁场强度和磁导率的公式与常用公式略有差别。 用标量磁位代替向量磁位,对简化三维磁场计算有重要意义。 文中用实例计算结果的对比,验证了模型原理的正确性。     

磁悬挂天平系统的磁场分析与计算(60mm×60mm 磁悬挂天平技术研究之一)

磁悬挂天平系统的磁场设计好坏是磁悬挂天平系统结构设计成败的关键。而磁悬挂天平系统的磁场结构比较复杂,用简单的磁路设计方法已经不能满足更高的设计要求。本文介绍了一种求解电磁场的方法——二维电磁场有限元法,建立了相应的磁悬挂天平系统的数学模型,并应用此法,对磁悬挂天平的均匀磁场和梯度磁场分布进行了分析计算;提出了一种用于求解磁场开域问题的方法。文章中还介绍了根据磁场的计算结果来确定线圈间间距和铁芯厚度的方法。在此基础上,提出了一个60mm×60mm 的磁悬挂天平系统的设计方案,并给出了此设计方案的理论计算与实验结果的对比表。     

12/8极无轴承开关磁阻电机定子振动特性分析

开关磁阻电机(Switched reluctance motor, SRM)由于径向磁拉力导致的振动和噪声问题阻碍了其推广应用;电机定转子偏心时出现的单边磁拉力使振动和噪声更加恶化.本文基于定子周向振动理论和无轴承开关磁阻电机(Bearingless-SRM, BSRM)的径向力特点,分析了将无轴承技术引入SRM后对不平衡径向力起到的补偿作用;给出了同时适用于SRM和BSRM的定子极径向力数学模型,建立了SRM和BSRM的系统仿真模型,分析了两种电机定子极所受的径向力.谐波分析发现:BSRM定子单边磁拉力直流分量及低次谐波含量幅值较SRM大幅减小,因而由此引起的振动和噪声小,更适合于应用在要求低噪声的领域.     

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三雏特性,二雏有限元法难以适用.而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦舍仿真目前还不现实,本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律.利用三雏瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值.根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段.     

无轴承开关磁阻电机绕组电流超前角计算方法

无轴承开关磁阻电机是一个复杂的非线性强耦合系统.控制的关键在于根据给定的悬浮力和转矩得到所需要的绕组电流和超前角.在无轴承开关磁阻电机数学模型的基础上,针对现有文献中超前角和绕组电流计算流程的不足,进行了改进.改进后的计算方法避免了在超前角求解过程中,计算流程的中断.改进算法首先对给定的悬浮力和转矩是否能够同时满足进行了判断.当不能同时满足给定的悬浮力和转矩时,给出了一种计算超前角和绕组电流的算法;当能够同时满足给定的悬浮力和转矩时,超前角和绕组电流由判别式计算,改进算法使计算出的超前角能够位于有效区间内.此外,针对计算出的绕组电流有可能超过限值的情况,对算法进行了补充.采用改进算法后,在实验样机上进行了实验验证,实现了样机的稳定悬浮.     

双凸极永磁电机气隙对电机静态特性的影响研究

结合双凸极永磁电机的结构特点及工作原理,在12／8极双凸极永磁电机模型的基础上．采用二维磁场有限元分析法．在取电机气隙不同值的情况下．时电机内电磁场进行了仿真计算,并时计算结果作了分析处理,得出气隙大小影响电机静态特性的关系;时同一台原理样机,在取气隙不同值时时其输出特性进行了实验测试。根据理论分析和实验结果,当确定电机气隙的大小时,须根据负载的特性要求,选择一个合适的值。     

两类多自由度开关磁阻电机原理与控制的类比

多自由度(Multi-degree-of-freedom,MDOF)开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)中的电磁力具有多维分布特征,对其建模和主动控制可实现该类电机的多自由度运行。无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)和直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)均具有多自由度运动控制的特点,其电磁力的分布规律、建模方法和控制策略具有一定的相似性。通过对比这两类多自由度开关磁阻电机工作原理的相似性,将前期BSRM数学模型和控制方法的研究成果进一步应用于LRSRM中,实现了LRSRM的准确建模和高性能控制,为推动和加速LRSRM的研究提供参考,以期进一步完善多自由度开关磁阻电机的研究理论体系。     

基于能量等效的2.5维机织复合材料刚度预测

提出了用能量等效原理预测2.5维机织复合材料经向拉伸的弹性模量的方法。以2.5维机织复合材料受经向拉伸载荷时经纱的变形为基础,分析了受经向拉伸载荷时2.5维机织复合材料中经纱、纬纱和填充树脂的变形能,利用各组分材料的变形能之和与整体复合材料的变形能相等的原理,推导出2.5维机织复合材料的经向拉伸弹性模量的计算方法。与试验数据对比发现,本文方法对经纬向拉伸弹性模量的预测结果比采用组分材料力学性能体积平均加权的方法更加精确。结果验证了本文方法的合理性,表明本文的计算公式对纬向拉伸时同样适用,并且本文方法所需要的基础参数更容易获得。     

用假想磁荷模型计算三维静磁场的解耦问题

本文提出了用假想磁荷模型计算三维静磁场的解耦概念和实施方法,较好地解决了假想磁荷模型中的磁位跃变边界问题。通过实例计算,证明了该概念和方法的正确性。     

粘弹性结构动力响应的有限元分析

本文给出一种计算粘弹性结构动力响应的有限元方法，首先根据粘弹性理论导出增量形式的松弛型积分本构方程，然后由功原理导出粘弹性动力学有限元增量方程，最后用逐步积分法计算了３个算例，所得结果与文献结果十分吻合。     

一种基于DSP的高速数据采集与处理系统

介绍了数控磁悬浮轴承的总体结构、模数（Ａ／Ｄ）转换电路、数模（Ｄ／Ａ）转换电路及等待电路的设计方法，给出了上述三种电路的原理图，并且介绍了Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ连调的方法，给出了调试Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ的有关程序，实验证明；所设计的基于ＤＳＰ的硬件和系统，满足了磁悬浮轴承控制性能的要求，如果改变控制对象，仅需发迹ＰＩＤ控制算法中有关参数，即可适应其性能的要求。     

非线性断裂力学的一个精确解

对含中心裂纹的无限大板在裂纹表面受均匀分布压力作用的情况,导出了几何非线性弹性断裂力学的能量释放率的一个精确表达式。分析方法的依据是采用逐步增量加载的椭圆孔洞的线弹性解和利用了椭圆孔洞表面受垂直于长轴方向的均布外力作用变形后仍是椭圆这一特点。解答与线弹性的能量释放率进行了比较。定量地证明,采用线弹性断裂力学的方法解答几何非线性断裂问题在通常的工作应力范围精度是足够的。     

微分求积单元法分析变曲率井内受径向约束管柱的非线性屈曲

基于Love的空间弯扭杆平衡方程,通过引入井壁约束条件导出了平面变曲率井内受径向约束管柱的平衡方程。采用微分求积单元和增量迭代法求解了曲率线性变化的井内管柱的非线性屈曲问题,通过与有限元计算结果的对比验证了所构建方法和编写程序的正确性,而且还表明微分求积单元法有方法简单、易于实施,计算量少、精度较高等优点。计算结果表明,等曲率井内管柱屈曲的临界载荷明显大于曲率线性变化井内管柱屈曲的临界载荷,另外,变曲率井眼的曲率变化对管柱弯矩、井壁约束力有显著的影响。