面向电磁弹射的直线电机设计及其控制

论文摘要

随着稀土永磁材料技术的发展,以及伺服控制技术的发展,永磁直线电机作为电磁弹射系统的驱动电机的优势更加明显,研究表明永磁直线电机是电磁弹射领域驱动装置发展的重要方向。航母舰载机电磁弹射系统对直线电机提出了更高的要求,因此研究可控性好,大功率的直线电机已经成为研究热点。本文针对电磁弹射场合的特殊要求,以永磁直线同步电机作为直线驱动电机展开研究,首先从结构方案上分析了永磁直线同步电机作为驱动电机必须采用动磁式的结构,并且针对大功率、工艺简单和模块化设计的角度,分析比较了两种不同的集中绕组方案,确定了集中绕组整数槽的方案。针对确定的直线电机的绕组方案,利用有限元分析的方法建立了单边永磁直线同步电机的基本模型,对电机的磁场特点进行了研究。同时详细的分析了电机的永磁体,定子的结构参数对电机电磁力(推力和法向力)特性的影响。直线电机特有的开断结构造成了磁场畸变,但是对于动磁式的直线电机,同旋转电机一样,齿槽效应引起的推力波动仍然是主要原因,针对这一特性,本文展开了对永磁直线同步电机的齿槽力的计算和研究。经过前面的分析和研究,确定了永磁直线同步电机的设计尺寸,根据实际情况研制了一台实验样机。并且构建了样机的矢量控制系统,实现了对永磁直线同步电机的伺服控制,同时对样机进行了推力测试,证明实验数据较好的吻合了有限元的分析结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 电磁弹射技术的介绍及其应用
• 1.1.2 航母电磁弹射技术的发展
• 1.2 电磁弹射的直线电机的研究现状
• 1.3 永磁直线同步电机的基本原理
• 1.4 本课题的研究内容和意义
• 第2章 电磁弹射的PMLSM方案研究
• 2.1 直线驱动电机的推力要求
• 2.2 PMLSM型驱动电机结构方案的分析
• 2.3 定子驱动绕组方案的研究
• 2.3.1 定子绕组类型的选择
• 2.3.2 集中绕组分数槽电机结构分析
• 2.3.3 集中绕组整数槽电机结构分析
• 2.3.4 PMLSM的绕组方案的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 PMLSM磁场与电磁力特性分析
• 3.1 PMLSM磁场有限元分析原理
• 3.1.1 电磁场有限元分析理论
• 3.1.2 直线电机电磁力计算原理
• 3.2 PMLSM的电磁场分析
• 3.2.1 PMLSM有限元模型的建立
• 3.2.2 PMLSM电磁场有限元分析
• 3.2.3 相关参数对气隙磁密的影响
• 3.2.4 空载反电动势的分析计算
• 3.3 PMLSM结构参数对电磁力性能的影响
• 3.3.1 PMLSM结构参数对推力性能的影响
• 3.3.2 PMLSM结构参数对法向吸力的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 PMLSM磁阻力的计算和分析
• 4.1 齿槽效应产生的机理
• 4.1.1 PMLSM磁阻力概述
• 4.1.2 PMLSM齿槽效应概述
• 4.2 齿槽力和磁阻力的计算
• 4.2.1 齿槽力的计算
• 4.2.2 磁阻力的计算
• 4.3 PMLSM结构参数对齿槽力的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 PMLSM的控制实现和实验研究
• 5.1 PMLSM原理样机的研制
• 5.1.1 双边PMLSM的推力计算
• 5.1.2 动磁式PMLSM样机的研制
• 5.2 PMLSM的矢量控制
• 5.2.1 PMLSM的矢量变换
• 5.2.2 PMLSM的数学模型
• 5.2.3 PMLSM的控制方案
• 5.3 PMLSM实验平台搭建及实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢