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电工技术学报 2025年第2期40卷 387-397页

作者：陈信维李红伟任宗强于文涛丁印恕山东大学电气工程学院济南250061 西安交通大学电气工程学院西安710049 山东明天机械集团股份有限公司济南250200

目前主动磁悬浮轴承广泛用于工业各领域,而位移传感器是影响磁悬浮轴承控制性能的重要部件。为了研究位移传感器的性能,首先必须建立准确的传感器模型,因此,该文根据自感式位移传感器的工作原理,通过引入铁心复磁导率和气隙磁阻杂散系数... 详细信息

目前主动磁悬浮轴承广泛用于工业各领域,而位移传感器是影响磁悬浮轴承控制性能的重要部件。为了研究位移传感器的性能,首先必须建立准确的传感器模型,因此,该文根据自感式位移传感器的工作原理,通过引入铁心复磁导率和气隙磁阻杂散系数,提出一种基于阻抗的模和阻抗角的自感式位移传感器阻抗建模方法。然后根据实验数据得到了模型参数,运用阻抗改进模型预测不同激励频率下传感器的输出电压和灵敏度。最后与传感器静态性能实验结果相比,输出电压的预测误差小于0.05 V,灵敏度的预测相对误差小于1%,验证了阻抗改进模型的准确性。所建阻抗改进模型为进一步研究自感式位移传感器的动态输出性能提供了理论基础。

关键词：主动磁悬浮轴承自感式位移传感器铁心线圈阻抗建模相对复磁导率气隙磁阻杂散系数

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自感式位移传感器全气隙范围磁路建模

自感式位移传感器全气隙范围磁路建模

引用

作者：任宗强山东大学

学位级别：硕士

主动磁悬浮轴承作为一种新型的高性能轴承,在机械工程、生命科学和航空航天等领域得到了越来越广泛的应用。主动磁悬浮轴承需要根据位移传感器实时检测到的转子位移信号,不断调整施加于转子上的电磁力,以实现转子的稳定悬浮。因此,位移... 详细信息

主动磁悬浮轴承作为一种新型的高性能轴承,在机械工程、生命科学和航空航天等领域得到了越来越广泛的应用。主动磁悬浮轴承需要根据位移传感器实时检测到的转子位移信号,不断调整施加于转子上的电磁力,以实现转子的稳定悬浮。因此,位移传感器的性能是决定主动磁悬浮轴承性能的关键因素之一。在众多非接触式位移传感器中,电感式位移传感器因具有抗干扰能力强、灵敏度高、线性度好、易于制作和集成等诸多优点,在主动磁悬浮轴承中得到了广泛应用。本文针对目前常用的自感式位移传感器的传统原理模型在性能预测方面还存在较大不足的问题,基于电磁场和电路理论以及现有文献的研究成果,总结出一种传感器磁路建模方法,引入复磁导率来计及传感器铁心中的涡流和磁滞对磁场及铁心磁阻的影响,引入漏磁系数来反映漏磁对磁场和气隙磁阻的影响,再综合考虑激励频率等因素,建立了自感式位移传感器磁路模型和阻抗改进模型。为了研究自感式位移传感器铁心线圈电感和电阻随位移和频率的变化规律,针对设计的一种标称气隙为1.2mm的八磁极径向自感式位移传感器,采用ANSYS有限元软件仿真了该传感器在激励频率[20-100]kHz时铁心线圈的电感和电阻随转子位移的变化情况。另外,基于搭建的传感器静态性能实验平台,测量了传感器铁心线圈在不同激励频率和不同转子位移时的电感和电阻值。结合实验数据获取了所建立的自感式位移传感器铁心线圈阻抗模型中的参数及其变化规律。然后采用该模型预测了传感器在三个不同激励频率下铁心线圈的电感和电阻,预测值与实验值之间的相对误差不超过3.1%。最后,分别采用阻抗改进模型、传统原理模型和有限元仿真,计算了传感器的输出电压、灵敏度和线性度。与实验结果的对比表明,阻抗改进模型的预测误差不超过3.81%,有限元仿真的预测误差在32.32%左右,传统原理模型的预测误差在182.06%以上;并且阻抗改进模型可以准确地反映激励频率对传感器输出电压和灵敏度的削弱作用,而传统原理模型和有限元仿真均无法准确反映激励频率对传感器输出性能的影响。本文建立的自感式位移传感器阻抗改进模型能够准确地反映传感器在不同激励频率下线圈的电感和电阻、输出电压及灵敏度等的变化规律,具有重要的理论意义,同时为传感器的设计和性能优化提供了重要的参考依据,具有较高的工程价值。

关键词：主动磁悬浮轴承自感式位移传感器复磁导率阻抗建模静态性能实验

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