试论磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇试论磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
[摘 要]随着科技水平的不断进步，磁悬浮技术在电机设计当中得到了广泛运用，并促进了电机设计领域的发展。本文通过对磁悬浮力产生的原理进行了分析，并探讨了悬浮力绕组励磁方式在选取方面的工作，此外还对悬浮力绕组自励控制方式进行了研究，并对悬浮力绕组工作在自励方式时控制悬浮力绕组励磁电流的方法进行了重点讨论，希望可以为磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁方式进行控制工作提供一些有益借鉴。
[关键词]磁悬浮无轴承电机 悬浮力绕组 励磁方式 控制方法
中图分类号：F540 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0032-01
随着我国经济科技水平的提高，我国开始对航天、航空以及生命科学领域给予足够重视，通常情况下，这些领域对电机的要求都非常高，不仅要求这些电机具有很小的体积，还需要具有足够长的寿命。除此之外，航天、航空领域为了保证具有很好的隐秘性特征，往往需要电机在工作时不会有很大的机械噪声，最好能够在无接触以及无的条件下电机也能够正常运转，而磁悬浮无轴承电机可以满足航天、航空领域的需求，近年来得到了广泛关注。
一、磁悬浮无轴承电机基本概念
磁悬浮无轴承电机一般条件下是由在极数方面不一样的两套绕组构成。根据磁悬浮无轴承电机的需要，这两组绕组需要安装在定子上，这两组绕组中的其中一个绕组叫做转矩绕组，这种绕组主要被运用到产生转矩的工作当中，此外，另一套绕组叫做悬浮力绕组，这一套绕组进行设立的目的主要是运用到控制磁悬浮力的工作当中[1]。转子结构通常情况下和传统交流电机具有很高的相似度，在现实工作当中，转子结构可以分为三种主要的类别，分别为永磁式转子、磁阻式转子以及感应式转子[2]。根据磁悬浮相关定理，转子具有独特的转速，但是这种速度通常是受到定子转矩的影响，定子转矩绕组的技术以及它在供电方面的频率大小会对转子的速度产生一定影响，在这种条件下，受悬浮力绕组电流影响产生的磁场在速度方面与转子旋转的速度具有很大的区别。
二、磁悬浮力产生的工作原理
无轴承电机的磁悬浮力具有自己独特的工作原理，这种工作原理具有很大的抽象性特征，下图对无轴承电机磁悬浮力的工作原理进行了展示。下面，本文将结合下图对磁悬浮力产生的原理进行分析。首先，当工作人员将定子转矩绕组的电流接通之后，无轴承电机将会变成四极磁场，下图的实线部位很好地呈现了四极磁场的磁力线。根据现实的需要，工作人员则在定子当中额外加上了两极悬浮力绕组，如下图所示，并将额外加上去的两极悬浮力绕组分别用N×以及NΥ来对其进行相应表述，图中用×和Υ分别代表上述两组绕组的磁场方向，值得注意的是，×和Υ代表的磁场方向为磁场的正方向。如下图所示，如果NΥ受到来自反方向电流的影响，那么电机的转子将会相应地感受到来自Υ负方向的电磁力度影响。一般条件下，为了使无轴承电机能够在运转当中保持电机在运转速度方面尽可能地维持稳定状态，那么就需要转矩绕组在运转当中产生的磁场可以尽可能地维持在比较恒定的状态之下，为了达到这种目标，则可以借助于对悬浮力绕组产生的电流进行相应控制和操作来实现，通过对磁悬浮的力度大小进行调节，就可以实现对气隙磁场进行控制。综上所述，无轴承电机的控制在很大程度上需要受到悬浮力绕组的励磁方式的影响。
三、对悬浮力绕组励磁方式进行选取
根据磁悬浮相关原理，定子上的转矩绕组和悬浮力绕组通常情况下往往具有一定的极数关系，这种极数关系一般情况下是比较确定的[3]。通过实验可以发现，一旦转矩绕组的技术被确定下来，例如转矩绕组的极数被设定为2P，那么根据相关的原理可以得出悬浮力绕组的极数是或者是。除此之外，在一些情况下，根据现实的需要，能够将一台磁悬浮无轴承电机的运转等同于一个转子再加上两台无轴承电机设备，在此基础上，可以将这两台电机当中的一台电机必要地与转子组合在一起，而组合后的电机设备则被称之为转矩电机设备。然而，如果将另外的一台无轴承电机和转子组合在一起，那么该设备就可以被称之为悬浮力控制电机设备。下图展示了一台磁悬浮无轴承电机等同于两台无轴承电机设备的具体图解。
综上所述，一台转子可以同时供应两台等效无轴承电机设备，并且能够根据两台电机设备的实际需要呈现出两种不一样的工作状态。但是转轴电机必须时刻处在电动的工作状态下，因为转矩电机需要在电机的电磁转矩方面可以支撑起整台电机的运转需要[4]。与转矩电机不同的是，悬浮力控制电机的运转状况在很大程度上是由绕组极数所能够决定的。
四、悬浮力绕组自励控制方式
对于磁悬浮无轴承电机控制系统来说，对悬浮力绕组进行的控制可以通过两组主要的方式进行，分别是自励控制方式和它励控制方式。但是它励控制方式在运转当中所需要的能量主要是由外部电源进行供给的，在这种情况下，悬浮力绕组的控制策略则相对来说比较简单。然而，与它励控制方式不同的是，自励控制方式的控制策略则相对来说比较复杂，根据研究的需要，本文将对自励控制方式进行专门详细的研究。
自励控制方式的控制方法相对来比较复杂，本文将对自励控制方式的磁悬浮无轴承电机系统的基本构造进行讲解[5]。对于磁悬浮无轴承电机设备来说，当磁悬浮无轴承电机处在运转当中时，电流则需要从转矩绕组进入电机运转系统当中，而这些电能的绝大多数可以转化成为电机转子的能力，并且将这些电能转化为负载旋转的机械能量，但是这些电能的一小部分可以被运用到悬浮力控制绕组当中，并带动该设备进行工作。电机在正常工作当中，电机的转速以及转子的位移都需要相应的设备进行一定的控制，通常情况下，这种控制是需要借助于相关的数字信号处理器来完成的[6]。但是对转子位移进行控制的信号则是借助于对定转子与其他定转子之间的气隙进行的动态检测来达到的。
结论
综上所述，可以从以下三个方面对磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及其控制进行分析。
首先，无论是悬浮力绕组的电能传输方向，还是悬浮力绕组的励磁方式除了会受到转矩绕组在极数设计方面选取方案的影响外，还会在一定程度上受到悬浮力绕组极数的选取方案的影响。
其次，如果当转矩绕组的技术被设置为2P的情况下，与此同时悬浮力绕组技术被设置为时，悬浮力绕组的控制方式则会是它励的控制方式，在这种情况下，与自励控制方式不同的是，悬浮力的控制方式在一定程度上则会相对来说比较简单。
最后，无轴承电机的转子悬浮力是在气隙磁场迭加的基础之上产生的。
参考文献
[1]项倩雯，孙玉坤，嵇小辅等.一种减小磁悬浮开关磁阻电机损耗的新方法[J].江苏大学学报（自然科学版），2012，33（6）：684-689.
[2]周云红，孙玉坤.一种双定子型磁悬浮开关磁阻起动/发电机的运行原理与实现[J].中国电机工程学报，2014（36）：6458-6466.
[3]王宝国，王凤翔.磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析[J].中国电机工程学报，2012，22（5）：105-108.
[4]何小展，卢健康，程兆刚等.磁悬浮无轴承电机悬浮力PID控制[J].计算机测量与控制，2012，16（5）：651-653.
[5]马晓成.无轴承永磁电动机悬浮力通用计算模型研究[J].微电机，2008，41（6）：20-22.
[6]周云红，孙玉坤.一种双定子型的磁悬浮开关磁阻双通道全周期发电机[J].中国电机工程学报，2015（9）：2295-2303.