初级横向偏移时帽型次级直线感应电机特性分析

帽型次级直线感应电机被广泛应用于城轨交通系统中.当列车经过弯道时,帽型直线电机的初、次级之间会发生横向偏移,次级板涡流和气隙磁密的横向分布将会发生畸变,导致初级所受的侧向力不再为零.针对帽型直线电机横向偏移的特殊工况,研究了其电磁特性和力特性.首先,给出了帽型直线电机初级推力、法向力和侧向力的有限元求解公式.其次,通过建立帽型直线电机3-D有限元模型,分析了电机在不同偏移量下次级板涡流和气隙磁密的分布,计算了磁密横向分布的畸变率.最后,得到了不同偏移量下三维力随转差频率的变化曲线,对比了平板型电机和帽型次级直线电机的力学特性.研究结果表明,初级横向偏移时帽型直线电机能够提供更大的牵引力和法向吸引力及更小的侧向排斥力,提升电机的效率,增加车辆的稳定性.

短初级单边型直线感应电机倒梯形次级结构电磁特性研究

短初级单边型直线感应电机(SSLIM)的格栅型次级结构存在电磁推力小、法向吸力大等问题。为解决这类问题,提出一种倒梯形次级结构,将现有格栅导条矩形结构变为上表面积大而下表面积小的倒梯形结构,利用SSLIM大转差特性及由此产生的集肤效应,提高了次级感应板有效载流体积及气隙磁密。在初级结构不变的条件下,建立了倒梯形次级结构的SSLIM有限元模型,并与传统格栅型结构在稳态、起动、制动等3种运行状态下进行对比分析,验证了倒梯形结构具有电磁推力大、法向吸力小等优点。

初级横向偏移时帽型次级直线感应电动机制动特性分析

在考虑直线电动机横向偏移、制动、横向边端效应、纵向边端效应的影响下,针对帽型次级直线电动机弯道制动的工况,建立了帽型直线电动机的三维有限元模型,分析了次级板涡流分布,得到了不同偏移量下帽型直线电动机初级所受的制动力、法向力和侧向力随转差率的变化规律。结果表明,帽型次级直线电动机弯道制动时,会使次级板涡流的分布区域发生横向畸变,从而使得初级所受的制动力减小,法向力变化趋势增大,侧向力变化剧烈。三维力的改变增加弯道制动时轮对间的磨损,且影响车辆的稳定运行。

基于表面响应模型法的城市轨道交通用直线感应电机次级结构优化

建立了城市轨道交通用单边直线感应电机(SLIM)的3D有限元模型,通过次级结构参数化分析研究了次级结构参数对电机启动力特性的影响,找出了两个对启动力特性影响较大的参数,即次级铝板厚度与次级宽度。建立了仅需少量3D参数化有限元的分析结果,以及基于神经网络的SLIM启动力特性的表面响应模型。基于SLIM的表面响应模型,以次级铝板厚度与次级宽度为设计变量,以获得最大启动推力及最小法向力为优化目标,利用多目标遗传算法对SLIM次级结构参数进行了优化。提出了结合直线电机综合力性能指标进行最佳次级结构参数选择的方法。仿真与实验结果验证了电机表面响应模型以及优化方法的有效性。

并联双边直线感应电机次级定向控制

双边长初级直线感应电机初级模块并联联接,并由单逆变器供电是一种有效的直线驱动方式。为提高电机整体推力性能,提出一种基于次级整体磁链定向的矢量控制策略。首先,给出并联各直线感应电机模块的动态模型,推导出控制过程中并联电机模块总励磁电流和推力电流的计算方法。在此基础上,依据并联直线感应电机模块运行时各电机的耦合因数和次级的实时速度,进行次级磁场定向,实现并联直线感应电机次级磁场和推力的协同控制。仿真分析和实验结果表明,所提次级磁场定向控制方法能有效克服既有磁场定向控制时的推力波动问题,提高并联电机模块整体推力的平稳性。同时,该方法能提高并联直线感应电机运行时的功率因数,降低所需逆变器的容量。

栅格次级双边直线感应电机特性

分析了长初级双边型直线感应电机(DSLIM)无铁心栅格次级中感应涡流稳态特性,推导出直线感应电机栅格次级电阻、漏感计算公式,提出一种考虑次级端部导条电阻和纵向边端效应的栅格次级DSLIM等效电路,利用场路联合方法简化了栅格次级DSLIM有限元分析模型。计算并测试对比了栅格次级和平板次级在同一初级下的堵转特性,验证了等效电路和场路联合两种计算方法的正确性。结果表明,栅格次级能消除直线感应电机的第二类横向边端效应、规范气隙横向磁场、提高电机力功比。

非磁性次级直线感应电机力特性及涡流损耗分析

针对用于磁悬浮车辆的非磁性次级直线感应电机的力特性和涡流损耗进行研究。该电机初级绕组通入三相对称交流电产生行波磁场,与地面非磁性次级导体中感应的涡流磁场相互作用,可同时产生悬浮力和驱动力。针对非磁性次级直线感应电机力特性及涡流损耗求解问题,以麦克斯韦电磁方程为基础,建立了非磁性次级直线感电机的简化二维电磁模型,对其磁场进行解析分析,得到该类电机的推进力、悬浮力、总机械功率、涡流损耗的解析表达式;研究了涡流损耗与输入电流幅值、频率、转差率之间的关系;找出了合适的工作区间。利用有限元计算软件,计算分析了推进力、悬浮力及涡流损耗特性曲线。实验结果验证了理论计算的正确性。

次级边缘漏感对高速直线感应电机性能的影响

由电磁场的基本理论并结合磁场能量法,导出了高速直线感应电机次级的边缘等效气隙和边缘漏感的解析公式。通过考虑次级边缘漏感集总参数模型,分析得到该漏感对电机特性的影响规律。利用Maxwell3D软件建立三维有限元分析模型,得到了电机的电磁推力曲线。设计试验用原型样机进行试验,验证了所求次级边缘漏感参数计算公式的有效性和实用性。

直线感应电机的次级阻抗角计算及对涡流损耗的影响

为了解决电机涡流损耗过大对电机性能的影响,通过分析直线电机次级阻抗角,对电机涡流损耗进行研究.考虑了横向边缘效应,得到直线电机初级和次级耦合区气隙磁感应强度的解析表达式;建立电机的等效电路及次级涡流损耗分析模型,得到了次级阻抗角及涡流损耗的解析表达式.定量分析了次级阻抗角与次级涡流损耗的关系,定性分析了次级阻抗角对推力和侧向力的影响.以一台直线感应牵引电机为例,分别使用解析法和有限元方法对次级板的涡流损耗进行了计算,得到涡流损耗随频率变化的特性曲线.对比了两种方法的结果基本拟合,验证了本文解析表达式的正确性和易用性.

双边型长初级直线感应电机电磁推力特性研究

针对电磁弹射及空间实验系统用双边型长初级直线感应电机(double sided long primary linear induction motor,DSLPLIM)的电磁推力特性,首先根据电磁场理论,通过对初级行波电流层和次级电流的微分运算,推导出计及端部效应的直线感应电机气隙磁密的解析表达式,同时,依据洛伦兹力公式,推导出直线感应电机平均电磁推力的解析计算表达式;其次,为削弱端部效应引起的推力波动,采用发卡式全填充绕组以改善直线感应电机气隙磁密分布的正弦性(减小推力波动),同时为提升电机的电磁推力,改进现有次级板开槽结构,实现涡流路径的优化;最后,针对发卡式绕组和次级板开槽2种改进,利用推导的解析计算公式和3D有限元仿真软件,分别计算双边型直线感应电机的气隙磁密分布和电磁推力特性曲线。对比分析表明:发卡式全填充绕组的使用不仅能削弱直线感应电机的推力波动,还能有效提升电磁推力的大小,提高直线感应电机的运行性能;改进次级开槽结构可有效提升电机的电磁推力,增大推力密度。

直线感应电机过无次级感应板区检测

为解决大功率直线感应电机工程应用中过无次级感应板区域存在的电机电流和推力冲击的问题,详细分析电机非确定电磁感应状态下的电磁特性,得到电机主电感随主、次级耦合程度的变化关系.基于计及动态边端效应的直线电机状态空间方程,提出基于全阶观测器的互感在线辨识算法,依此判定是否运行于非确定电磁感应状态.通过实时调整电机d-q轴指令电流的给定和电机模型高精度计算,实现直线电机非确定电磁感应状态的有效检测和平滑过渡.依托广州地铁5号线实际应用项目进行所提直线电机初、次级非确定电磁感应状态下检测和控制算法的实验验证.实验结果表明:该控制策略能有效实现直线电机牵引车辆无次级感应板区域的平滑过渡,不产生电机电流和推力冲击.

次级断续时直线感应牵引电机的分段式等效电路与特性分析

提出分段式等效电路模型,分析了次级断续时直线感应牵引电机特有的电磁现象及其特性。首先,建立次级断续时直线感应电机的物理模型,根据初级、次级的耦合情况将初级通过断续区域的过程分为九个阶段。其次,提出分段式等效电路模型,分析次级断续时等效电路参数的变化情况。然后,考虑初级铁心有限长、横向和纵向端部效应、趋肤效应和初级半填充槽的影响,根据电磁场分析模型和各阶段求解时的积分区间,求出次级断续时推力、气隙传递的无功功率、次级板涡流损耗、机械效率和等效电路参数。最后,将不同频率和速度下计算的推力、次级断续时推力和效率的动态变化曲线与实验测量结果对比,分析了电机的特性变化情况,验证了等效电路的正确性。

次级结构参数对高温超导直线感应电机电磁特性的影响

次级结构参数对高温超导直线感应电机电磁特性具有重要的影响。分别对次级导电板的材料和厚度对高温超导直线感应电机电磁特性的影响进行研究分析。首先复合次级结构包括导电板和导磁板,分别选择铝板和铜板作为导电板,背铁材料作为导磁板,分别对两种材料在电磁推力、垂向力以及高温超导绕组所受最大垂直场方面做了分析,最终选择了铝铁复合次级结构。然后针对铝铁复合次级特性,通过改变铝板的厚度,来研究铝板的厚度对电磁推力、垂向力、超导绕组所受最大垂直场以及最大通电电流等参数的影响。分析结果表明合适的次级板材料和结构有利于改善高温超导直线感应电机的综合性能。

遗传模拟退火算法在圆筒型直线感应电机优化设计中的应用

本文采用遗传模拟退火算法对圆筒型直线感应电机进行优化设计。该优化算法把模拟退火算法结合进遗传算法中,这样在保证获得较好的全局搜索能力的同时,又加快了遗传算法在峰值附近的收敛,提高了遗传算法的效率。

圆筒型直线感应电机的遗传优化设计

为了更好地将遗传算法应用于圆筒型直线感应电机的优化设计中,分析了遗传算法的优点和局限性,针对其优化设计电机效果不显著的缺点,提出了将遗传算法与有限元法相结合来提高电机性能的方法。首先设计了4种初级槽形不同的电机,用有限元法对其进行了瞬态磁场分析,得出了电机在不同槽形下所产生的电磁推力。将产生电磁推力最大的槽形代替原电机槽形,用遗传算法对变换槽形后的圆筒型直线感应电机进行整体优化设计。结果表明:电机的各项性能有所提高,该优化设计方法效果比较理想。

非整数极距次级双边直线感应电机推力特性计算

考虑长初级双边直线感应电机次级长度的任意性,首先,以次级板为运动参考坐标系,基于电磁场理论建立非整数极距次级双边直线感应电机的数学模型,求解气隙磁通密度和次级电密的表达式,分析包含端部效应的气隙磁场和次级电密的纵向分布特征.其次,采用气隙磁场和次级电密积分推导了稳态推力以及推力波动表达式,计算了非整数极距次级电机各电磁推力及推力波动分量的机械特性曲线,分析了端部效应对电磁推力和波动的影响.最后,建立电机的有限元模型,计算了非整数极距次级电机推力特性曲线,并与解析计算的数值进行比较.研究结果表明:解析计算与有限元计算的结果一致,可以为长初级双边直线感应电机的设计和次级选取提供理论依据和计算方法.

不同槽配合格栅型直线感应电机电磁特性研究

为了削弱横向边端效应,增大电磁推力,提出格栅型次级作为直线电机新型的拓扑结构。依据电磁场理论,采用有限元分析方法,建立了两类格栅型次级直线感应电机的有限元模型,在瞬态场下,分析了格栅型次级直线感应电机在不同初次级的槽配合时,两类格栅型次级直线感应电机推力、法向力的变化以及波动,对比分析了格栅型次级板与平板型次级的涡流分布以及横向气隙磁场的分布。考虑法向力的影响,计算了在合适槽配合下格栅型次级直线电机的净推力特性,同时得出了两类次级结构产生电磁推力和法向力随速度的变化曲线。通过以上的有限元分析,为直线感应电机优化设计提供了理论参考。

直线感应电机的特殊次级结构推力特性研究

短初级、长次级的直线感应电机,因其可靠性高、结构简单、控制方便,广泛应用于城市轨道交通系统。针对直线电机磁场复杂、边缘效应明显等缺点,参考旋转感应电机理论,提出适合直线感应电机运行的一种特殊结构的栅格型次级。通过对栅格型次级等效电路的分析,详细推导出电机主要参数的计算公式,并且分别从三维有限元分析模型仿真、样机实验两方面进行了验证。结果表明,栅格型次级能规范感应涡流的路径、消除直线感应电机的第二类横向边缘效应、提高直线电机推力特性。并且验证了采用等效电路法分析直线电机的有效性和实用性,为准确计算特殊次级结构的直线电机提供了理论与实践依据。

次级断续时直线感应牵引电机的等效电路

直线感应电机作为轨道交通车辆的牵引电机,在道岔、转弯等路段会出现次级感应板缺失的情况,次级连续时的等效电路不再适用。针对此特殊工况,提出一种基于气隙磁通密度的分布模型,考虑次级断续的等效电路。首先,建立直线感应电机次级断续时的分析模型,根据初、次级耦合情况把断续工况分成三个阶段。然后,利用线性近似化法修正随耦合区域长度变化的初级漏感、励磁电感等参数。结合气隙磁通密度分布模型与次级断续工况,考虑纵向端部效应的影响,修正励磁支路上的励磁电感和表征端部效应涡流损耗的等效电阻,推导出三个阶段的等效电路来表示初级通过次级感应板断续区域这一动态过程。最后,根据等效电路求出电机推力和效率的动态变化曲线,并与实验台的测量结果对比,验证了所提等效电路的正确性。

采用不同次级结构的单边直线感应电机性能分析

为研究直线感应电机特性受次级的影响程度,采用瞬态有限元方法对四种不同次级材料和结构的直线感应电机进行了分析,并对四种直线电机的堵动特性及机械特性进行了对比。分析结果表明,钢铜平板复合结构的直线感应电机在相同电负荷时,具有较大的电磁推力输出和较小的法向力,是应用于直线轨道交通的最佳选择。