电磁轴承开关功率放大器的设计与研究

电磁轴承是利用电磁力将转子无接触地悬浮起来的支承部件,这一特性使电磁轴承与传统轴承相比具有无法比拟的优点,在高速旋转机械领域得到了广泛的应用。在电磁轴承系统中,功率放大器(简称功放)的作用是向电磁铁线圈提供相应的控制电流以产生所需要的电磁力。功放在电磁轴承系统中具有重要的作用。 本文讨论了两电平和三电平开关功率放大器的工作原理及其特性。通过在电磁轴承绕组的电感中引入机械参数的方法,得到了机械参数与功放输出电流谐波之间的关系式,并分析了机械参数对电磁轴承开关功率放大器的输出电流谐波影响。针对目前开关功率放大器所采用的调制技术,比较了各种调制技术的优缺点,在功放设计方案中采用了比较实用的PWM调制技术。研究了功率MOSFET驱动电路,特别是桥式结构驱动电路的设计,设计和实验了IR2110、两路独立电源供电的TLP250和TLP250自举供电三种驱动方案,并对实验结果进行了分析。设计和制作了基于DSP的两电平开关功率放大器,并调试成功。针对三电平开关功率放大器控制逻辑硬件电路设计上的难点,结合TMS320F240DSP快速处理能力和具有适合控制的事件管理器,提出了基于DSP的三电平开关功率放大器硬件设计方案,设计和制作了基于DSP的三电平开关功率放大器的电路板,并调试成功。并给出了开关功率放大器从前端输入到H桥输出的硬件设计的完整方案。论文探讨了大功率开关功率放大器的各种实现技术并对其在电磁轴承系统中运用的可行性进行了分析,给出了电磁轴承大功率开关放大器设计思路。最后,针对辅助轴承精确定位难这一问题提出了一种解决方法,并在实验中得到很好的验证。 本论文设计两电平和三电平开关功率放大器并完成了相关的实验,分析了各种实验结果。实验结果基本达到了设计要求。