铁芯高度对悬浮电磁铁性能影响研究

中低速磁浮车辆曲线通过时,悬浮电磁铁线圈电流将会增大,此过程极易导致铁芯出现磁饱和,造成铁芯应力集中和悬浮导向能力不足。针对此问题,利用SIMPACK建立考虑PID控制器的新型磁浮多体动力学模型进行仿真分析;基于动力学仿真结果,首先根据简化二维磁路模型对磁密和电磁力进行理论推导,再利用有限元软件ANSYS进行电磁仿真分析,就铁芯高度对悬浮导向性能的影响进行研究。研究结果表明:电磁铁额定电流为30 A时,为了保证磁密合理,铁芯高度应该大于40mm;并且通过调整铁芯高度,磁极浮重比可以达到14,大大提高悬浮能力。对于新型磁浮,为了同时保证悬浮能力和导向能力,铁芯高度宜大于47 mm,相对第1代磁浮悬浮电磁铁可以减重20%。

滑差频率对磁浮车辆运行性能的影响

采用二维电磁场理论对直线电机气隙磁场的纵向分量和垂向分量进行求解,得到了电机牵引力和法向力的解析表达式,利用直线电机试验台对解析计算方法进行检验,对比6~18 Hz恒滑差频率下牵引力和法向力随速度的变化;建立了三悬浮架单节磁浮车辆动力学模型,仿真对比了车体和悬浮架分别在1、3、5、8 kN冲击力下的振动响应;计算了单节中低速磁浮车辆牵引特性,分析了不同滑差频率对车辆牵引性能的影响;综合考虑电机法向力对悬浮系统的影响和车辆的牵引需求,提出了变滑差频率控制策略。研究结果表明:电机牵引特性一般包括恒力区和恒功区,恒力区初级电流最大值为390 A,恒功区电压最大值为212 V,恒力区牵引力变化较小,恒功区牵引力衰减较快;滑差频率越小,电机起动牵引力和法向力越大,恒力区越短,反之亦然;法向冲击力小于8 kN时车辆平稳性指标等级均达到优秀,但为了减小悬浮系统的负担,电机法向力应越小越好;较低的滑差频率使车辆低速段牵引性能更强,但采用较高的滑差频率有利于提高全速度范围的牵引性能;在变滑差频率控制策略中起动滑差频率的选择综合考虑车辆的牵引性能和悬浮能力,速度达到恒功转折点后滑差频率逐渐增大,该策略使电机恒力区牵引力适中,恒功区牵引力始终为电机所能发挥的最大值。