电磁轴承及控制系统的设计原理及参数选择西安交通大学(陕西西安710049)沈钺虞烈[ABSTRACT]Electric一magneticbearingisatypicalelectrimetrhanicalj)r(xluct、therearemanyfactorswhichaffectthedesignprocess.Thispapersummarizedwholeprocessonabasisofdesignexpen・ence.Tlieprocessincludesstructuredesign,poweramplifierdesign>controllerdesignandsensordesign.Italsoanalysestheeffectoftheseparametersonthepropertiesoflhebearing・---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除------本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---电磁轴承⑴是利用电磁铁产生的磁场力将转子悬浮于空间。在工作过程中，它通过传感器检测转子的位移，按照一定的控制规律，发出控制信号到功率放大器,输出一定的控制电流，驱动磁轴承定子线圈对转子产生控制力。电磁轴承的设计过程比较复杂，包括磁轴承结构设计、控制系统设计及动力学校核儿个部分。其中电磁轴承的结构设计主要决定其承载力，而控制系统的设计则与刚度阻尼冇关。图1为电磁轴承-转子系统示意图。1电磁轴承的结构设计电磁轴承主要分为径向轴承和轴向轴承两种形式。由定子和转子两部分构成。这里以径向轴承为例来讨论电磁轴承的设计过程。图1磁轴承-转子系统示意图1.1电磁轴承设计的基本方程⑵由麦克斯韦方程可知，单边气隙的电磁轴承(1)万方数据式中——气隙的磁通密度S——磁极的有效磁面积g——空气磁导率实际设计中，对于承受双向载荷的电磁轴承多采用差动控制，同时考虑到电磁轴承中多对磁极的影响，最大吸引力F唤为F"材詈)=2Kl{Kcll)2BQ(2)“o心式中KR——合力系数So——单个磁极的有效面积I——单个磁极的弧长K(叠片系数Kltl——长径比02——转子外径不计漏磁，磁路中的压降可分为铁芯内的压降、气隙内的压降和转子内的压降三个部分。由于铁芯和转子的材料均为导磁材料，相对于气隙中的磁压降小得多,可以忽略不计,这样得到闭合磁路的磁动势方程IN=如如(3)Ho式中I——线圈偏置电流N——磁极上的线圈匝数讥——轴承半径间隙将(3)式代入(2)式，得到电磁轴承最大吸引力为F狀=2KRK」°2(眾)⑷电磁铁在长期工作线圈达到稳定温升时,发13热功率为Pcu=『pldSKc式中j——电流密度热态电阻系数线圈周长sH.——窗口面积X；——填充系数线圈的散热主要通过导磁体和轴向两端空间进行。设铁磁休和空气的散热面积、散热系数分別用A,、K,和儿、人表示，且K,=1.1心，则散热功率Ps=（KA+KqAg）T=（1.14+A/叭由热平衡方程P“=P,可知温升r=（1.1儿+AJ&1.2电磁轴承初始结构参数的选择3电磁轴承材料应具有磁性好的特点（主要指磁感应强度曲线的线性范围大,包围的面积小）,当电磁轴承支承高速回转轴时，其转子轴材料还应具有强度高的特点。电磁轴承定子的材料通常采用薄硅钢片和铁钻合金等，转子材料多采用电工纯铁、10#钢，也可用硅钢片叠合而成。---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---电磁轴承的吸引力与电磁轴承的气隙、磁感应强度以及有效磁面积有关。磁感应强度和有效磁面积确定后，吸引力与气隙平方在没有达到磁饱和的区域内成反比。如果选择的轴承气隙过大，则需要增加磁感应强度或有效磁面积,这样会增大轴承结构尺寸和功放输出电流;如果选择的间隙过小，则又会对控制系统提出过高的要求。综合考虑以上因索，在设计中一般选取讥为轴承直径的该。左右。电磁轴承的磁极数对其承载力、功耗和控制系统的设计都有影响。在实际设计过程中，主要考虑定子制造时使用相应电机定子制造工艺的情况，根据转子的外径D2按表1选取。表1转子外径/mm0~6060~8080~200>2008162432转子外径的选择影响轴承的有效承载面积,从而影响轴承的承载力。可选用较大的转子外径较小的长径比，或是选用较小的转子外径较大的长径比。在实际的设计过程中，转子外径的选取14万方数据受到轴径和转速的影响，一般采用将轴径适当放大来确定。1.3静态工作点的选择由（1）式可知,当有效磁面积确定后,最大承载力与静态磁感应强度有关，但是由于磁饱和现象，要求工作时磁感应强度B应...