重载磁悬浮轴承要求具有较大的最大承载力和较快的力响应速度,这些指标与其电控系统直接相关。本文对重载磁悬浮轴承电控系统中的功率放大器和开关功率电源进行了深入研究。首先,分析了影响磁悬浮轴承最大承载力和力响应速度的因素,研究了不同功率放大器主电路的结构特点,研制了基于IGBT器件(绝缘栅双极性晶体管)和改进型半桥臂结构的高电压大电流功率放大器,并对所研制的功率放大器进行了性能测试。其次,分析了数字芯片FPGA(现场可编程门阵列)和A/D模数转换芯片的工作原理,研究了不同拓扑结构对开关功率电源的影响,研制了基于FPGA的电压可调高频数字开关功率电源,编写了数字开关功率电源的控制软件,并对所研制的数字开关功率电源进行了性能测试。最后,将所研制的功率放大器和开关功率电源与本实验室已有的传感器和磁悬浮轴承控制器相结合,搭建了磁悬浮轴承电控系统,并应用于磁悬浮飞轮试验台,建立了飞轮系统的动力学模型,编写了磁悬浮轴承控制程序,完成了磁悬浮飞轮系统的高速旋转试验。功率放大器的性能测试结果表明,在输入电压为DC450V条件下,功率放大器最大输出电流为120A,线性度为99%,通频带为1300Hz,其静态性能和动态性能满足重载磁悬浮轴承的需要。开关功率电源的性能测试结果表明,其最大输出电压为DC450V,满足所研制的功率放大器的需求。磁悬浮飞轮系统高速旋转试验结果表明,本文组建的重载磁悬浮轴承电控系统能够保证磁悬浮飞轮转子在工作转速范围内稳定运行。