零偏置电流磁轴承转子系统动态性能的试验研究

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Experimental Investigation for Dynamic Characteristics of the ActiveM agnetic Bearing Rotor System with Zero Bias CurrentXIE Zhenyu ·2 LONG Yawen XU Xin(1.Department ofDesign Engineering，Nanjing University ofAeronautics andAstronautics，Nanjing 210016；2.Jiangsu Key Laboratory of Precision and Micro-Manufacturing Technology，Nanjing University ofAeronautics andAstronautics，Nanjing 210016)Abstract：An experimental setup of five degree-of-freedom active magnetic bearing(AMB)rotor system is built up.The modes ofbias current and zero bias curent are presented.Dynamic characteristics of the syem with zero bias current are investigated bystamping modal test，method of model updating based on frequency response function(FI )and actual operation of the system，andcompared with the results ofthe system with bias current.Th e results show that，for the system with zero bias current，the stabilityregion of control parameters，modal damping and stifness and damping of AMB are reduced obviously an d its vibration amplitudesin motion on the critical speeds are larger than the system with bias current，however it Cal still get across the first bending criticalspeed safely.Ifthe design ofthe system is proper，the mode ofzero bias current can be adopted in actual application，especialy in theapplicationoflow rotation speedand stableload，SOthatthe system hasbetterover-allproperties。

Key words：Active magnetic bearing Zero bias current Modal parameter Bearing stifn ess Bearing damping0 前言磁悬浮轴承(简称磁轴承)是-种非接触并能施加主动控制的新型支承装置，具有传统轴承无可比拟的优点，但仍然存在损i：1耗L Iq钡t：l布u铁识i1)[1a在风力发电机、储能飞轮等应用诚，这种损耗不利于能量输出或长时间保存 ；而在航空发动机、空气压· 国家自然科学基金(51275238)、航空科学基金(2011ZB52025)和江苏省高校优势学科建设工程资助项目。20120926收到初稿，20130531收到修改稿缩机等大功率应用诚，这种损耗会造成轴承转子发热严重l引。因此在上述这些诚，需要采用低损耗磁轴承技术。

- 般磁轴承采用差动磁场方式，即两边磁躇由偏置磁惩控制磁场叠加而成，其中偏置磁场由偏置电流产生，控制磁场由控制电流产生。两边的偏置电流相同，两边的控制电流大小相等方向相反并与转子振动和控制策略有关，因此两边叠加磁场的磁感应强度出现合适的差值，产生所需电磁力。

目前有两种方式可以降低磁轴承的损耗：①采用永磁偏置磁轴承，即利用永久磁铁取代偏置电2013年 8月 谢振宇等：零偏置电流磁轴承转子系统动态性能的试验研究 737 结论(1)与有偏置电流方式相比，零偏置电流方式将导致控制参数的稳定区域、系统的模态阻尼以及磁轴承的刚度和阻尼明显减小，系统在各阶临界转速时的振幅较大。

(2)对于本试验系统而言，当采用零偏置电流方式时，系统仍然可以安全稳定越过第-阶弯曲临界转速。

(3)在低速(如风力发电机)或载荷平稳(如储能飞轮)等应用诚，零偏置电流方式能够保证系统具有较好的综合性能，即系统能够安全稳定运行并且磁轴承的损耗低。

(4)在高速及载荷变化较大诚，可考虑采用零偏置电流方式，但应保证在工作转速范围内，系统的各阶模态阻尼足够大。

(5)对于车载飞轮电池这～类应用诚，当车辆运行时，陀螺扰动力矩和惯性力较大，而当车辆静止(包括夜间充电)时，载荷比较平稳，因此可考虑采用变偏置电流方式，即交替采用有偏置和零偏置电流方式，以减少 自放电”并保证系统具有较好的动态性能。