考虑悬浮导向间隙变化的长定子直线同步电机力性能分析

常导高速磁浮列车长定子直线同步电机由于特殊的分离结构,气隙由悬浮与导向系统决定,导致牵引力与悬浮力容易受到悬浮与导向系统性能的影响。研究了一个长定子段下垂、悬浮磁极模块纵向倾斜和横向偏移三种工况对气隙的影响,基于有限元软件建立了2D与3D有限元模型,计算分析了长定子直线同步电机的牵引力和悬浮力,揭示了气隙变化对力的影响规律。分析结果可以为高速磁浮列车的牵引系统设计与控制提供参考。

高速磁悬浮用直线同步电机电流控制策略研究

高速磁悬浮列车采用直线同步电机作为其驱动装置,其电流控制效果直接影响列车运行稳定性及舒适性。针对直线电机功率较大的特点,单相驱动时采用多H桥串联方案,并可实现高低速运行时驱动拓扑切换,矢量控制中电机电流经过坐标变换后dq轴电流存在严重的交叉耦合,并且耦合分量随着车速的增加不断增大,从而降低了电流控制性能。为了提升电机动态控制效果,提出复矢量电流控制方法,并采用虚拟电阻解决了不同调制方式下电流振荡问题,通过半实物仿真平台对控制性能进行了验证,仿真和实验结果表明了电流控制策略的可行性和有效性。

驱动型式对超高速磁浮动子动力学响应的影响

文章在分析直线感应电机动子和永磁同步电机动子结构和动力学特性基础上,运用多体动力学软件,建立了对应上述2种驱动型式的超高速(1 000 km/h)电磁推进装置动子动力学模型,分析了“起动-惰行-制动”状态下动子的横向、垂向、侧滚、摇头、点头运动的变化规律。分析结果表明,感应式动子所受的法向力有利于动子横向自动对中,并避免横向冲击,同时抑制动子的侧滚和摇头运动;而永磁式动子所受的电机法向力在动子偏移时仍指向偏移的一侧,使得动子贴靠导轨运行,承受横向不平顺冲击,其侧滚和摇头运动无法收敛。感应式动子由于承受导轨垂向不平顺激励,其垂向振动和冲击力较大;永磁式动子所受电机力的垂向分力能起到一定的减振作用。运行状态会显著影响2种动子的垂向响应与点头运动,2种动子的最大垂向位移、加速度和冲击力均出现在制动的时刻。

高速磁浮列车长定子直线同步电机铁耗分析

常导高速磁浮列车采用长定子直线同步电机(LLSM)驱动,其定动子铁耗与运行速度紧密相关,准确计算铁耗并分析其影响因素对更高运行速度的磁浮列车非常重要,本文基于有限元分析了LLSM的铁耗。根据磁场特性为LLSM建立了三种仿真模型,分别计算没有被动子覆盖区域的定子铁心磁场和被动子覆盖区域端部、中间的定动子铁心磁场,采用快速傅里叶变换得到了磁通密度基波和高次谐波分量;基于通用铁耗分立计算模型计算了各次磁通密度分量产生的铁耗,再根据叠加原理把三个区域磁通密度分量产生的铁耗相加就可以计算得到一段1.2 km长定子下LLSM的铁耗;对比不同速度下的铁耗得到了运行速度对铁耗的影响规律,同时也分析了铁心材料对铁耗的影响。结果表明,长定子铁耗主要由磁通密度的基波和5次、7次谐波产生,而动子铁耗则主要由齿槽效应引起的6次谐波磁通密度产生,两部分铁耗都随着运行速度的提高而快速增大。

基于分布磁路法的非晶合金高速磁浮直线电机悬浮力计算

非晶合金作为一种低损耗铁心材料,在高速电机中具有较好应用前景。为探明非晶合金在高速磁浮直线电机中应用的可行性,该文针对常导型高速磁浮直线电机,采用改进的分布磁路法分别计算硅钢和非晶合金作为长定子铁心材料时的气隙磁通密度,并结合虚位移法对比计算两种材料下的静态悬浮力。首先,针对高速磁浮直线电机长定子与动子极距不等、动子极面直线发电机齿槽以及动子轭部不连续等特殊结构,对分布磁路法加以改进,分段表征磁导率并分段计算磁压降,进而计算得到硅钢、非晶长定子在不同励磁电流下精确的气隙磁通密度。在此基础上,采用虚位移法,对比计算基于两种长定子铁心材料下直线电机静态悬浮力,并进行有限元验证。最后,实测两种材料长定子直线电机的静态悬浮力,均能满足高速磁浮列车悬浮要求,进一步验证了解析计算结果的准确性,以及非晶合金长定子磁浮直线电机的合理性。

600 km/h高速磁浮牵引系统的配置及其关键参数的选择

目的:目前上海磁浮列车示范运营线设计的最高运行速度为505 km/h,为适应600 km/h的高速运行,须对既有常导高速磁浮牵引系统的配置进行分析和优化设计。方法:站在牵引供电系统的角度,从直线电机稳态数学模型出发,在不改变直线电机基本结构和参数的前提下,提出了600 km/h高速磁浮牵引系统的优化方向:提高变流器的输出电压及容量,以及适当缩短牵引分区和定子段长度。基于以往工程可行性研究,对既有磁浮系统中牵引供电系统的相关边界条件进行了分析,认为馈电电缆和定子电缆限制了既有电机的输入电压和电流,而列车长度和定子开关站的数量又限制了定子段的长度,进一步明确了600 km/高速磁浮牵引系统关键参数的选取原则,并给出了建议的参数。以一条平直轨道的线路为例设计了牵引系统,并以此为基础进行了牵引仿真计算。结果及结论:对于5节编组的常导高速磁浮列车,适当缩短分区长度至20 km,定子段长度至800 m,采用32 MVA的变流器,则列车可在加速运行35 km后达到600 km/h的运行速度。

高速磁浮系统能耗与效率分析

该文分析轨道交通能耗和效率表征节能的差异,效率高是系统能耗低的必要条件。通过研究不同牵引电机及牵引系统架构,分析高速磁浮、轮轨和中低速磁浮的各自系统效率,高速磁浮牵引电能传输转换效率与轮轨相当,远高于中低速磁浮的系统效率。研究不同制式的轨道交通阻力成分,分析不同速度下的能耗水平及不同制式的能耗比较,同速度级高速磁浮能耗水平与高速轮轨相当。最后高速磁浮拥有更高速度运行的能力,600 km/h运行时系统效率达83%以上。

直线同步电机动子位置检测方法研究

准确、可靠的转子位置检测是磁场定向控制同步电机系统运行的必要条件。针对高速磁浮列车用长定子直线同步电机的特点,提出了一种基于电感式传感器和DSP的电机动子位置检测新方法。介绍了电感式传感器的硬件结构及其实现电机齿槽信号的检测原理,阐述了DSP获取动子位置的计算方法。分析了检测精度和检测误差,并提出了几点改进措施。在高速磁浮列车定位测速试验系统中的实验表明,该检测方法的检测精度达到对应长定子直线同步电机线圈周期的3o,满足高速磁悬浮列车运行控制的要求。

一种准确检测直线同步电机动子位置的方法

论述了利用长定子同步电机的齿槽检测信号与线性插值法结合来提高直线同步电机动子位置检测精度的方法。分析了这种方法的误差,给出了实现线性插值的2种算法、实现的方案、仿真与实验结果。

直接驱动型磁悬浮直线进给单元

介绍一种机床功能部件——直接驱动型磁悬浮直线进给单元的原理与特点,该功能部件由直线电动机提供驱动力,由磁悬浮导轨导向和承载工作台,可满足数控机床高速化、精密化要求。并简述其研究现状和分析其关键技术问题。

磁浮列车开发的技术评价及其对策

磁浮列车是“用电磁力悬浮的车辆”的简称.本文由此讨论了车辆与导轨非接触条件下采用高速直线电机驱动的磁浮列车的最新应用,阐述了多学科交叉融合的超导磁浮列车系统的基本概念,并指出其应用的光辉前景.本文从五个方面进行了探讨:主要优点;国内外的发展水平;核心的高技术;未来的战略地位;发展战略与对策.在我国开发这种新的运输方式时,对上述一些技术关键问题都应进行跟踪、研究和解决.

高速磁悬浮永磁电机三电平无速度传感器控制

针对中点钳位(NPC)三电平变换器在高频状态下的中点电压不平衡问题,采用基于GH坐标系的三电平调制方式和基于比例调节因子的中点电压平衡控制方法。针对高速磁悬浮永磁电机高频状态下的转速辨识与高速稳定运行问题,采用适用于高速旋转磁场的磁悬浮永磁电机无速度控制方法。对所提控制方法进行仿真验证,并进行现场应用。实测结果表明,所提控制策略能够实现无位置传感器情况下高速磁悬浮永磁电机的转子位置定位和低速起动控制,并实现高速稳定运行。所提高速磁悬浮永磁电机控制方法具有很好的实际应用价值。

高速磁浮直线同步电机推力波动抑制方法研究

高速磁浮直线同步电机推力波动是制约高速磁浮列车安全性的瓶颈之一,推力波动的抑制是提升磁浮列车安全可靠性与平稳舒适性的关键技术。本文对比常导高速磁浮与超导高速磁浮技术,介绍推力波动抑制的关键问题,概述悬浮间隙波动抑制控制方法、长定子直线同步电机精确建模以及推力波动抑制方向.

电磁轴承高速电机转子多频振动的电流补偿控制

在主动电磁轴承（activemagneticbearing，AMB）支承的高速电机系统中，转子的不平衡、电磁激励力及传感器的干扰等因素都会导致转子系统出现多频振动，严重地影响着电机的运行精度。为了抑制AMB-高速电机转子系统中的多频振动，该文提出一种通过电流补偿来对转子系统的多频振动进行控制的方法。首先建立四自由度AMB-高速电机刚性转子系统的动力学模型，分析多频电流形式，定义多频电流系数。然后，提出一种通过电流补偿来抑制AMB-转子多频振动的方法。接着，采用变步长三角形迭代搜索算法以加速多频电流系数的识别。最后，在某AMB-高速电机平台上进行仿真和试验研究。结果表明，提出的多频振动电流补偿算法可实现对多频电流系数的准确识别，能够对AMB-转子系统的多频振动进行有效地控制。

高速磁浮列车长定子直线同步电机参数计算

高速磁浮列车牵引系统的核心部件是长定子直线同步电机。针对于TR08型高速磁浮列车长定子直线同步电机参数进行了理论计算,推导出电枢反应电抗、定子漏抗、定子电阻及电励磁电动势的解析表达式。建立基于长定子直线电机和线路参数的精确阻感等效电路模型。通过磁浮试验线长定子直线同步电机参数测试验证所提计算方法的正确性。为长定子直线同步牵引电机的控制和稳态性能分析奠定基础。

基于非晶合金的高速磁浮直线电机长定子铁耗计算

基于高速磁浮直线电机的基本结构以及悬浮电磁铁的悬浮、推进和发电基本原理,该文建立了非晶合金常导型高速磁浮直线电机的电磁场有限元仿真计算模型,在相同的激磁电源下,分别计算了无取向硅钢和非晶合金的悬浮电磁铁所受的电磁力。为进一步探究非晶合金在降低高速磁浮直线电机铁芯损耗方面的优势,该文在悬浮电磁铁悬浮电磁力保持恒定的基础上,针对电机低速和额定速度两种不同运行工况,分别计算了无取向硅钢和非晶合金长定子的铁芯损耗。结果表明,无论是在低速还是额定速度下,相比于无取向硅钢,基于非晶合金的直线电机长定子铁芯损耗要小得多。该文为非晶合金材料代替硅钢作为高速磁浮直线电机的导磁材料提供了一定理论支撑。

高速磁浮列车长定子直线同步电机电磁解耦特性分析

电磁场分析计算是直线电机设计的重要前提,应用有限元法对高速磁浮列车用长定子直线同步电机电磁场进行仿真分析具有计算速度快、精度高等优点。文章通过长定子直线同步电机的有限元分析,获得其内磁场的分布特点和规律;提出悬浮电磁场与牵引电磁场q轴对齐的控制策略,并采用有限元法对其牵引力和悬浮力力族进行仿真计算,达到两个磁场解耦控制、互不干扰的目的。

高速磁浮牵引控制集成技术研究

为提高列车运行性能、减少人为失误,高速磁浮需使用自动驾驶控制技术;而磁浮列车牵引控制系统被布置在地面牵引变电所中,所控制的直线电机定子被沿线路布置,为实现高可靠、高实时性地驱动列车运行,驾驶控制功能势必需要被集成到牵引系统中,但目前尚无集成了驾驶控制功能的牵引控制系统实现方案。为此,文章提出一种高速磁浮系统牵引控制集成技术,其在传统逻辑控制功能的基础上增加了定子段换步功能,同时将传统牵引控制方案中的加减速度限制、冲击率限制、牵引/制动工况转换等功能整合到驾驶控制系统中,在运行控制系统指令的协调下,实现了磁浮牵引系统逻辑控制、驾驶控制和换步控制功能的集成。文中介绍了集成控制系统中牵引控制和驾驶控制中的融合特性;同时基于高速磁浮牵引系统电流变化的特点,提出了一种驾驶控制补偿曲线计算方案。半实物仿真测试结果显示,文中所提方案适应高速磁浮牵引系统的分段换步特性,可跟踪既定运行计划,列车运行速度稳定,无超速触发现象,停车精度高,运行控制指令响应实时性好。该牵引控制集成技术方案被用于某高速磁浮试验线,完成了包括车辆系统、运行控制系统和牵引系统的全系统集成测试。测试结果显示,该集成方案控制延时短,速度控制精度达到1 km/h,停车满足±30 cm精度要求,证明了本方案的可行性和可用性。

换步方法对高速磁浮列车牵引特性的影响分析

常导磁浮列车采用长定子直线电机驱动方式,定子沿轨道铺设,因此采用换步方法对直线电机分段供电以降低能耗,保证电机端电压。文章研究高速磁浮长定子直线同步电机换步方式,对比两步法和三步法换步特性对磁浮车辆牵引特性及动力学性能的影响,分析2种换步方式的适用工况,通过仿真证明了两步法可用于匀速路段以减少设备投资,三步法性能优于两步法,可保证牵引能力。

高速磁悬浮列车直线电机牵引特性分析

目前高速磁悬浮列车的研究和应用越来越受到重视,发展十分迅速。牵引悬浮系统作为磁浮列车的核心部件,其性能对列车安全稳定运行具有重要的意义。以一台高速磁悬浮列车牵引系统为例,通过建立三维电磁场分析模型,研究不同气隙变化、定动子不同相对位置对高速磁悬浮列车的推力和悬浮力变化的影响,可为高速磁悬浮列车牵引系统的设计和运行提供一定参考价值。