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| 飛機(jī)剎車用雙余度無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究(zxj) |
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摘要：以全電電機(jī)剎車用雙余度無刷直流電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，借助Ansoft軟件對(duì)電機(jī)磁路進(jìn)行分析計(jì)算，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行性能仿真。重點(diǎn)論述了確保無刷余度電機(jī)性能****的調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過樣機(jī)性能測(cè)試與設(shè)計(jì)相符，滿足使用要求一關(guān)鍵詞：雙余度無刷直流電動(dòng)機(jī)；有限元分析；性能仿真；調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)0 引 言隨著全電飛機(jī)技術(shù)的發(fā)展，淘汰液壓剎車系統(tǒng)、研制全電剎車作動(dòng)機(jī)構(gòu)已成為必然趨勢(shì)。電力電子及控制技術(shù)的進(jìn)步，使得電剎車系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。
永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)以體積小、重最輕、效率高，被機(jī)載沒備研發(fā)機(jī)構(gòu)視為電剎車作動(dòng)系統(tǒng)的****執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而余度無刷電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用為要求高可靠性的電剎車作動(dòng)系統(tǒng)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。針對(duì)特殊型號(hào)機(jī)種，本文設(shè)計(jì)了一種雙余度無刷直流電剎車電動(dòng)機(jī)”。。通過樣機(jī)性能測(cè)試，余度換向優(yōu)越，系統(tǒng)運(yùn)行良好，完全滿足使用要求。文章對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)計(jì)算、建模、性能仿真作了詳細(xì)論述。劉余度換向技術(shù)及調(diào)試關(guān)鍵進(jìn)行了重點(diǎn)分析和詞論。經(jīng)過對(duì)樣機(jī)性能的綜合測(cè)試驗(yàn)證了設(shè)計(jì)、仿真的準(zhǔn)確。
1雙余度無刷直流電動(dòng)機(jī)原理1．1結(jié)構(gòu)組成本文采用的雙余度稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，定予由兩套對(duì)稱繞組構(gòu)成，兩組獨(dú)立霍爾器件，共用一個(gè)稀土永磁轉(zhuǎn)子。圖1為樣機(jī)實(shí)物照片，圖2為結(jié)構(gòu)框圖。組構(gòu)成，采用雙Y形接法，兩套定子繞組在電路上是獨(dú)立的，但彼此間存在磁場(chǎng)耦合，兩套繞組間存在互感。繞組關(guān)系如圖3所示。
控制時(shí)采用120。PwM脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)，每60。觸發(fā)一次換相，兩套定子繞組分別由兩套逆變器供電，第二套繞組在空間上滯后第一套繞組30。電角度，在控制上第二套逆變器的供電電流應(yīng)滯后于第一套30。
電角度。其磁場(chǎng)的關(guān)系在兩個(gè)余度分別獨(dú)立l丁作時(shí)與雙余度合成工作時(shí)的示意圖如圖4所示。
2磁場(chǎng)有限元分析2．1數(shù)學(xué)模型使用有限元分析可以通過計(jì)算矢量磁位A來確定磁通。非線性泊松方程式：
式中，V為磁阻(它和定轉(zhuǎn)子相互位置、磁通密度有關(guān))，J為電流密度。
數(shù)學(xué)解算的邊界條件：
式中，R為所考慮的z—y平面中二維元場(chǎng)的區(qū)域。
第一個(gè)積分表爾在R區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)存的磁能，第一二個(gè)積分給出了位于R區(qū)域內(nèi)輸入能量。
。系統(tǒng)能量為儲(chǔ)存的磁能量和電網(wǎng)輸入能量差值在體積E的積分，能量函數(shù)F(A)對(duì)矢量磁位A的偏微分值，在R區(qū)域內(nèi)應(yīng)為零。
計(jì)算程序的數(shù)學(xué)處理需要把R區(qū)域的二維元場(chǎng)分解成為大小和方向可變的=角形單元，其變化規(guī)律由矢量磁位A來確定。應(yīng)用Anson軟件Hf對(duì)此進(jìn)行數(shù)學(xué)解算，使用零矢量磁位并使其強(qiáng)制在合格的網(wǎng)點(diǎn)上。
2．2磁路有限元解算雙余度電機(jī)磁路設(shè)計(jì)應(yīng)用Anson軟件，其中磁力線的分布、磁密取值合理與否，取決于磁場(chǎng)回路的結(jié)構(gòu)』t寸。圖5、圖6卣觀表明了Anson軟件復(fù)算過程中磁力線和磁密的取值分布結(jié)果。圖5為磁力線分布圖，圖6為磁密布分布圖。
2．3磁路解算數(shù)據(jù)電機(jī)的定子外徑為57 mm，定子內(nèi)徑為35 mm，極對(duì)數(shù)為2，槽數(shù)為24，轉(zhuǎn)子外徑為33 mm，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為13 mm，有效長度為72 mm，磁鋼厚為3．5mm。定子齒磁密為15658 Gs，定子軛磁密為11288 Gs，轉(zhuǎn)子軛磁密為8990 cs，平均氣隙磁密為5962 Gs．3樣機(jī)性能仿真、測(cè)試結(jié)果3．1仿真波形由仿真波形圖7～圖10反映出：?jiǎn)坞p余度反電勢(shì)波形相同，而單余度電機(jī)運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于雙余度。所以在設(shè)汁時(shí)優(yōu)先考慮單余度功率須滿足系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行，即雙余度額定運(yùn)行需留余量。3．2樣機(jī)測(cè)試結(jié)果由樣機(jī)實(shí)測(cè)波形圖11、圖12_幾J以看出：雙余度電機(jī)A、B組傳感器位置均需在****狀態(tài)，即兩余度線電壓均接近理想方波，這時(shí)空載電流為最小。在樣機(jī)測(cè)試中A余度波形接近理想方波，在電壓270 V、轉(zhuǎn)速為9500 r／m_n對(duì)應(yīng)較小的空載電流為88 n1A；而B余度波形畸變很大，在電壓270 V、轉(zhuǎn)速為9500 r／minX,r應(yīng)較大的空載電流為210 mA。
3．3電一眭能電性能測(cè)試結(jié)果為：額定電壓Un=270 V，額定轉(zhuǎn)矩nN7000 r／m_n，額定轉(zhuǎn)矩TN=0 8 Nm，額定輸出功率Pn=560 w，空載轉(zhuǎn)速H=9500 r／min。
4結(jié)語合理的電機(jī)結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能來自于磁路、電性能仿真及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，缺一不可。
無刷直流電動(dòng)機(jī)要消除換向轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，設(shè)計(jì)巾的苗‘要原則要確保相電勢(shì)電角度平頂寬度≥120。。
無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能優(yōu)、劣，直接敏感于傳感器位置。調(diào)試中的重要標(biāo)志是電動(dòng)機(jī)的空載電流最小或電壓波形接近理想方波。 |
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