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分子泵高速永磁电机及其控制器的研究

唐冲  
【摘要】: 分子泵是获得良好真空环境的关键设备,为保证真空环境的质量,要求分子泵的主轴高速旋转。本文为核能实验用分子泵设计一台高速永磁电机,实现对主轴的直接驱动。 本文首先根据高速永磁电机和无刷直流电动机特点,总结了高速无刷直流电动机的电磁方案设计原则。根据设计原则并通过多次计算,提出了电机的电磁方案。计算了电机的转子机械强度保证电机可在额定转速安全运行。 针对电机定子铁耗,本文利用Bertotti分立铁耗公式结合磁密波形法,并采用有限元法计算了电机额定转速时的定子铁耗。采用Halbach阵列磁体结构,使电机铁芯中的磁场变化接近正弦,将电机的定子铁耗减少了10.4%。 推导了电机在两相导通和换相时的状态方程,利用有限元计算状态方程中的参数,采用场路结合的方法对Halbach阵列磁体结构的无刷直流电动机开环稳态运行情况进行了仿真计算,验证了正弦波无刷直流电动机适合于高速运行。 转子涡流损耗是高速永磁电机的一个特有问题,本文分析了由于定子开槽对气隙磁密的影响,并分析了电机运行时,由于齿槽效应产生的谐波磁场相对于转子的运动情况,并采用有限元法,计算了相对于转子运动的各次谐波磁密的幅值,采用电流片模型,模拟相对于转子运动的各次谐波,计算了电机的空载转子涡流损耗。分析了电机负载运行时绕组的空间谐波和电流的空间谐波形成的旋转磁场,计算了电机的负载转子涡流损耗。 介绍了双闭环调速系统的特点,针对常用的桥臂PWM斩波方式的电流高次谐波的问题,分析了采用BUCK斩波电路可在一定程度上减小电流高次谐波。应用MATLAB/SIMULINK软件搭建了基于BUCK斩波电路的双闭环调速系统的仿真模型,对调速系统进行了仿真。


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