次級無軛部雙邊磁通切換直線電機及其控制系統研究

《次級無軛部雙邊磁通切換直線電機及其控制系統研究》是依託南京航空航天大學，由曹瑞武擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：次級無軛部雙邊磁通切換直線電機及其控制系統研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹瑞武
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

直線電機是電磁彈射系統的核心執行部件。直線感應電機具有動子結構簡單、質量輕的優點，但其效率和功率因數較永磁同步直線電機差；而傳統的永磁同步直線電機，需將帶電繞組或永磁體置於高速動子，降低系統的可靠性或負載能力。本項目提出一種新型次級無軛部雙邊磁通切換直線電機，其電樞繞組和永磁體均置於初級定子側，而高速次級動子僅由無軛部相連的導磁塊組成，集效率高、動子質量輕和可靠性高於一身。本項目旨在開發出結構新穎合理的次級無軛部雙邊磁通切換直線電機結構；探索該類電機電磁參數計算、設計和分析的一般方法；構建基於dSPACE的數位化驅動控制系統實驗平台；研究電機最佳化設計的一般性規律和高可靠性控制策略。本項目的成功研究，將克服傳統永磁同步直線電機動子帶電運行、可靠性低、永磁體退磁風險高的不足，為電磁彈射系統提供新的解決方案。不僅具有重要的科學意義和學術價值，而且具有十分重要的戰略意義。

結題摘要

針對電磁彈射系統對直線電機的要求，提出了一種新型的次級無軛部雙邊磁通切換直線電機，分析了該類電機的結構特點和電磁性能，完成了分段控制、無位置感測器控制、直接推力控制方法的研究，進行了實驗分析與驗證。研究表明，次級無軛部雙邊磁通切換直線電機不僅具有直線感應電機結構簡單的優點，也兼具傳統永磁同步直線電機效率高、功率密度大的優點，在電磁彈射套用領域具有較好的套用前景。提出了新型次級無軛部雙邊磁通切換直線電機的結構，考慮動子塊個數、極距比和不同的拓撲結構，通過有限元仿真最佳化，得到性能最優的電機方案。深入研究了該電機的工作原理和推力產生機理，結果表明，該電機95%以上的電磁推力是由一些主要的諧波磁場共同作用產生的。推導了次級無軛部雙邊磁通切換直線電機的數學模型，研究了該電機的矢量控制策略，完成了仿真和實驗研究。提出了該電機的分段供電控制策略，搭建控制系統仿真模型，完成了空載仿真研究。基於單邊磁通切換直線電機的樣機，研究了其無位置感測器控制和直接推力控制系統，通過仿真結果和實驗結果驗證了算法的可行性。進行了大功率雙邊磁通切換直線電機的比較研究，探究了次級結構對該電機的彈射性能影響，並首次定量比較了該類電機與直線感應電機在電磁彈射系統中的性能表現，結果表明，次級無軛部雙邊磁通切換直線電機在機動靈活的高速電磁彈射系統中有一定的優勢。基於dSPACE控制器搭建了單邊和雙邊磁通切換直線電機的驅動控制平台，為本文的實驗研究提供了硬體和軟體基礎。共發表論文16篇，其中SCI收錄7篇（其中6篇發表於IEEE Transactions期刊），授權專利12項。項目負責人獲批江蘇省六大人才高峰項目資助。