轨道不平顺激励对高温超导磁浮列车电机悬挂的影响

高温超导磁浮列车在运行过程中受到轨道随机不平顺激励的影响,车体和磁浮架的振动会传递至直线电机动子而导致气隙变化,变化后的电磁力反作用于电机悬挂系统,进而影响磁浮架和车体振动。二者的耦合振动一定程度上会影响高温超导磁浮列车的安全运行。为了减少轨道随机不平顺激励对电机悬挂系统的影响,文章建立了多刚体动力学理论模型,并在周期性激励的作用下,对理论模型进行了动力学响应的仿真验证,证明了动力学理论模型的正确性。进一步地,在UM软件中以电机法向力和轨道随机不平顺作为外部激励,对高温超导磁浮列车动力学模型进行仿真,研究了电机悬挂系统的垂向刚度对直线电机气隙、车体和悬浮架振动、列车运行平稳性等参数的影响并对该刚度值进行了合理优化。结果表明:增大直线电机悬挂系统的垂向刚度能一定程度提高车体平稳性;同时增大垂向刚度能一定程度上减小气隙的变化和电机的振动,从而降低和悬浮架的耦合作用。研究结果是在特定的结构参数、负载条件下的仿真分析结果,可为高温超导磁浮列车动力学分析提供一定参考作用。

考虑悬浮牵引耦合的常导高速磁浮列车牵引性能仿真

常导高速磁浮列车长定子直线同步电机(LLSM)定子电枢电流和动子励磁电流产生的磁动势共同作用形成气隙磁场,实现车辆悬浮和牵引,所以悬浮力和牵引力之间存在耦合。基于MATLAB/Simulink建立了牵引供电系统的仿真模型,采用不考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,在恒定励磁电流条件下仿真计算了牵引性能;采用考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,其以有限元仿真数据为样本库,基于线性回归最小二乘方法拟合得到,在恒定悬浮力条件下仿真计算了牵引性能。通过对比两种仿真结果,分析了耦合作用的影响。

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。

基于在线运行条件下的直线感应电机电磁力特性分析

文章对中低速磁浮列车用直线感应电机电磁力特性相关磁路计算原理进行了分析,建立了电磁计算模型,推导了综合考虑电机横向、纵向边端效应时电机推力和法向力的计算表达式,并结合在线运行条件,分析了气隙、转差频率和电压等对电机推力和法向力的影响。最终,通过试验验证了模型的准确性。

EMS型磁浮列车悬浮静磁场电磁环境仿真研究

为量化评估常导电磁悬浮(EMS)型磁浮列车的电磁环境风险,在确定位于磁浮列车悬浮架两侧的直线电机转子励磁线圈为辐射源的基础上,采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立长定子轨道和EMS型磁浮列车三维结构模型,对直线电机的悬浮电磁特性以及它在周围空间和磁浮列车车厢内产生的静磁场进行仿真计算,并将车厢内的磁通密度计算结果与静磁场暴露限值标准进行对比。结果表明:长定子直线电机在励磁电流为25 A时,悬浮间隙中心线处磁通密度最大模值约为0.9 T,悬浮电磁力约为19.7 kN·m^(-1);磁浮列车夹层位置处磁通密度最大模值在9.39~53.6 uT范围内,车厢内磁通密度最大模值约为6.93 uT;悬浮励磁线圈在车厢内产生的磁通密度最大值远低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)对一般公众推荐的400 mT静磁暴露限值,且满足标准EN 45502-2-1—2003和GB 16174.2—2015中小于1 mT的静磁场暴露控制限值。

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。

基于气隙调整的中低速磁浮列车直线感应电机效率提升

文章从中低速磁浮列车整车系统层面出发,在保证列车安全和稳定的情况下,提出基于电机气隙主动调整的提升直线感应电机效率或降低其功耗和温升的方法;根据列车不同的实际工况提出3种优化策略,并利用ANSYS Maxwell电磁仿真软件,对3种优化策略下电机在全速度域内的牵引特性进行仿真分析;最后通过与列车在原控制方式下的性能进行对比分析,证明优化策略的可行性。

一种高精度直线同步电机检相器的原理与设计

精确的相位检测是保证直线同步电机正常运行的重要条件。文中提出了基于直线同步电机长定子齿槽效应的相位检测原理,并通过三维有限元分析和实验对其进行了验证。根据检测线圈电感沿长定子周期变化的情况,提出了一种检相器的设计方案,用以确定磁悬浮列车运行中磁极与长定子之间的相对位置。其检测精度在采样频率范围之内可任意设定。通过仿真分析了采样对检相器检测精度的影响。

直线电机列车作用下高架桥的动力响应分析

建立直线感应电机(LIM)运载系统中列车与高架桥梁的动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组成。对具有2个转向架的4轴LIM列车车辆建立27个自由度的车辆动力模型。通过对有限元桥梁模型采用模态综合技术,以轨道不平顺作为系统的激励源,建立LIM列车和高架桥梁的耦合运动方程组,并编制计算分析程序。以一座3跨30 m简支梁高架桥为例,模拟LIM列车上桥、出桥的全过程,计算分析高架桥梁的自振特性及其在LIM列车通过时的动力响应特点。研究表明:由LIM列车引起的桥梁横、竖向位移响应值较小,远小于铁路规范的容许值;桥梁的竖向挠度主要受列车的重力荷载控制;桥梁最大横向位移响应出现在墩顶处,随着墩高和车速的增大而增大。

中低速磁悬浮列车用直线电机法向力的测试研究

提出中低速磁悬浮列车采用普通异步直线电动机作为牵引动力,其电机的法向力是影响列车稳定悬浮的重要因素,并对此进行了试验研究。分析了电流、频率以及气隙与法向力的关系,得出在法向力不大于车体重量十分之一的情况下,通过调节列车动态悬浮控制参数,可使列车稳定悬浮运动的结论。

真空管道HTS磁浮列车实验系统环形加速器设计

在真空管道高温超导磁浮实验系统中,采用圆环形单边长初级直线感应电机驱动磁浮列车做高速环形运动,为了提高驱动系统的效率和功率因素,降低系统能耗及电源容量,直线电机采用分段供电技术。本文针对真空管道高温超导磁浮实验系统的高速运行,分析研究了直线电机分段供电原理及列车的安全运行状况,设计完成了用于真空管道高温超导磁浮实验系统的环形分段供电加速器,并对加速器的响应速度和安全监控功能进行了测试,结果表明该加速器具有较高的响应速度,控制系统能对小车的运行状态做出准确的判断和保护,为真空管道高温超导磁浮交通系统的应用提供设计参考。

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。

地铁车辆段直线电机列车车致振动的试验研究

为研究直线电机列车运行的振动影响规律,采用JM3873振动测试系统,在广州地铁萝岗车辆段上盖建筑和轨道临近地面开展现场试验。研究结果表明:在同一楼层,框架梁跨中的竖向振动大于柱边,框架梁跨中的水平向振动小于柱边;在不同楼层,竖向振动较大的位置是质量最大的楼层和顶层,水平向振动最大的位置是侧向刚度较小而质量较大的楼层。建议分析结构的振动特性后确定舒适度评价测点。直线电机列车在咽喉区运行时,临近轨道的地面竖向振动平均值为86.2 dB,振动响应频带为30~150 Hz;列车在试车线运行时,临近轨道的地面竖向振动平均值为91.7 dB,振动响应频带为30~100 Hz。

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。

基于TCN动车组牵引电机控制系统建模方法研究

针对动车组交流异步牵引电机的空间分布性特点,讨论了基于列车通信控制网络(TCN)的牵引电机控制系统建模方法。采用输入输出反馈线性方法对牵引电机的5阶非线性模型进行线性化和解耦,之后将其引入基于TCN的动车组网络控制系统,并考虑了网络控制系统中的网络延迟。使用动态输出反馈控制方法,得到网络化的异步牵引电机控制模型。运用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统进行了稳定性分析,给出了系统的渐近稳定条件。

高速磁悬浮列车定位传感器的研究设计

根据检测线圈电感沿具有齿槽结构的长定子周期变化的情况,本文提出了一种线圈电感检测方法,以及参数计算法与二次差分法两种插值算法用于提高定位精度,并对其进行了误差分析,实现了磁极与长定子之间相对位置的高精度定位传感器的设计方案,并通过了仿真试验验证.

基于反余弦法的高精度检相器研究

高速磁浮列车的直线同步电机要求精确相位信息．但是磁浮列车悬浮间隙并非恒定，悬浮间隙波动对相位检测精度影响较大．新检相器采用了两组4线圈的结构形式，每组线圈由两个相距一个齿或槽宽的线圈组成，其电信号相位相差π；两组线圈横向错开，纵向相距半个齿或槽宽，其电信号相位相差π／2．通过三角函数变换将两组线圈的电信号转化为归一化信号，再由归一化信号求反余弦获得直线同步电机相位．实验结果表明，在正常的间隙波动（6～14mm）情况下，新检相器最大输出误差不超过0．8＊（0．57mm），满足直线同步电机的要求．

EMS 型磁悬浮列车运行阻力计算

就传统的轮轨列车和ＥＭＳ型磁悬浮列车运行时所受到的阻力进行了简要分析，着重计算了ＥＭＳ型磁悬浮列车的电磁阻力，并提出了青城山试验示范线磁悬浮列车对直线电机驱动功率的要求。

基于扩展反电动势法的长定子直线同步电机无速度传感器控制研究

针对长定子直线同步电机高速运行时,机械传感器无法准确地获得转子位置和速度信号的问题,研究了一种适合在长定子直线同步电机中应用的扩展反电动势法无速度传感器控制策略。基于长定子直线同步电机的数学模型,分析了扩展反电动势法用于长定子直线同步电机无速度传感器控制的鲁棒性。仿真和实验结果证明了基于锁相环的扩展反电动势法无速度传感器控制能够实现高速时电机的无速度传感器闭环控制,并且此方法对电机参数变化具有较强的鲁棒性。

直线同步电机检相器的设计

为了实现高速磁浮列车用直线同步电机相位的精确检测,提出了基于定子齿槽效应的相位检测方案,并采用电感式传感器和数字信号处理器,设计了相位检测器。研究了电感式传感器检测长定子齿槽信号的原理,给出了相位检测器的硬件结构及基于DSP的相位细分运算方法。在低速情况下对该相位检测器的性能进行了实验验证,取得了与理论分析一致的结果。结果表明,相位检测器的分辨率可以通过设置合适的细分值来满足磁浮列车运行时牵引控制系统的要求。