考虑纵向动态边端效应的短初级直线感应电机等效电路改进模型

直线感应电机由于纵向动态边端效应的存在,在运行过程中会产生附加损耗和附加力,使得电机性能表现变差。针对该问题,本文从传统等效电路出发,通过在原有励磁支路上添加并联边端效应支路的方式,构建了考虑纵向动态边端效应的短初级直线感应电机等效电路改进模型,并推导了边端效应支路上的电磁参数。试验结果表明,本文提出的等效电路改进模型与传统等效电路相比,推力计算误差更小,验证了本文提出的改进模型准确性。

长初级双边直线电机高性能控制策略

介绍了适用于电磁弹射的长初级双边直线电机,给出其在两相同步运动坐标系上的数学模型,建立了按次级磁场定向的矢量控制系统。针对由于动态纵向端部效应导致励磁电感变化使磁场定向遭到破坏和控制系统动态性能下降的问题,提出了采用动态纵向端部效应系数进行实时修正的解决办法。为了提高驱动系统的机械可靠性,提出一种采用新型自适应律的改进模型参考自适应系统进行速度辨识,实现了无速度传感器矢量控制。仿真及实验结果表明,提出的考虑动态纵向端部效应按次级磁场定向的控制策略具有良好的性能,采用新型自适应律的模型参考自适应辨识系统能在保证收敛速度的同时提高辨识系统的稳定性。

长初级双边直线感应电机纵向动态端部效应第一部分:气隙磁场

为了研究纵向动态端部效应对长初级直线感应电机磁场和性能的影响,建立并求解了长初级直线感应电机考虑纵向动态端部效应时的一维时谐磁场方程,分别给出了基本行波、入端行波和出端行波气隙磁密的解析表达式,分析了3种行波磁场幅值、相位和波形的特性,以及端部效应行波对气隙磁场分布的影响,通过二维有限元数值计算验证了气隙磁密解析解的正确性。给出了衰减常数、半波长和波速等端部效应特征参数随品质因数的变化规律。分析结果表明,长初级与短初级结构的气隙磁场分布存在较大差异,当电机在高速运行时更为明显。调整电机设计参数以减小品质因数可以有效地削弱纵向动态端部效应,但这些方法也会降低电机的正常运行性能,在电机设计时应综合考虑。

长初级双边直线感应电机制动特性研究

长初级双边直线感应电机(double-sided linear induction motor,DSLIM)制动时短次级作用区域与未作用区域的气隙磁场不同,造成的纵向动态边端效应对电机制动性能产生一定影响。该文建立长初级DSLIM解析模型,在考虑电机横向边端效应与纵向动态边端效应的基础上,推导长初级DSLIM回馈制动与直流能耗制动时气隙磁密和制动力解析公式,分析长初级DSLIM随滑差率、品质因数、次级速度、次级电阻等参数变化下的制动特性,定量分析纵向动态边端效应对回馈制动与直流能耗制动的不同影响。研究显示电机回馈制动时的纵向动态边端效应在滑差率接近零时变小,直流能耗制动时的纵向动态边端效应在最大制动力时最强,通过增加次级作用区域极数和电机低滑差率制动能有效抑制纵向动态边端效应。建立了一台实验样机三维有限元模型,进行了仿真与实验,结果验证了长初级DSLIM制动特性计算方法的准确性与实用性。

长初级双边直线感应电机纵向动态端部效应 第二部分:性能计算

为了研究纵向动态端部效应对长初级直线感应电机磁场和性能的影响,在第一部分(文献[11])中,应用解析法对长初级双边直线感应电机的气隙磁场进行了分析;作为第二部分,在气隙磁密解析解的基础上,推导在纵向动态端部效应影响时该类电机性能的解析表达式,如电磁推力、有功及无功功率、功率因数和效率等.通过二维有限元数值计算验证了性能解析计算的正确性。基于气隙磁密相量图,研究了电机在高速运行时,入端行波推力成为制动力的原因以及对总推力特性的影响,分析了调整品质因数和极数等电机设计参数对推力的影响。研究结果表明,长初级结构在高速运行时推力特性变软、损耗增加、效率下降,调整品质因数对改善推力特性几乎没有影响,但增加极数可有效抑制纵向动态端部效应。

中低速磁浮列车速度对直线感应电机牵引力影响

结合中低速磁浮列车工程应用的电机结构参数,基于准一维理论建立气隙磁场数学模型,分析运行速度与电机气隙磁场之间的关系,然后采用有限元仿真从气隙磁场、次级涡流和牵引力3个方面对数学模型进行验证。结果表明,列车速度会影响电机的纵向动态端部效应(LDEE),导致气隙磁场产生畸变,并在次级感应板上的电机入端、出端区域产生涡流,使电机推力下降、效率降低。对比电机端部半填充槽结构和全填充槽结构的纵向动态端部效应,半填充槽结构的电机牵引力受速度影响更严重。

中低速磁浮列车直线感应电机端部效应研究

目前中低速磁浮列车一般采用单边直线感应电机作为驱动电机,电机性能在速度情况较高时受纵向动态端部效应影响较大,给列车提速带来阻碍。针对该问题,解析推导出纵向动态端部效应对电机气隙磁场影响的数学模型。提出利用电机拖尾效应增强气隙磁场的方法,基于此方法设计电机两端带有延长结构的直线感应电机结构。建立普通直线感应电机与带延长结构的直线感应电机有限元对比仿真,验证了带延长结构的直线感应电机应用于现有中低速磁浮列车时,能够有效的削弱纵向动态端部效应的影响。在相同电流密度下有更大的牵引力和更高的速度上限。为中低速磁浮列车提速提供新的方案。

双馈直线电机纵向端部效应研究

建立了双馈直线电机(DFLM)的一维磁场模型,求解了气隙磁通密度表达式。详细分析了气隙磁通密度解析式的构成和各部分对气隙磁场分布的影响,并使用Ansoft Maxwell软件对短初级DFLM进行了建模与仿真。结果表明端部效应在入端随速度的提高而增强,对出端气隙磁场影响很小,可以忽略。由仿真数据可知,相比于直线感应电机,DFLM的纵向端部效应明显减弱。

冲击载荷下圆环纵向压缩力学行为研究

选用外径、内径和高度三者比值为6∶3∶2的铝合金圆环试件作为研究对象,在粗磨、细磨和润滑三种端面粗糙条件下,利用SHPB实验方法研究了其纵向动态压缩行为。实验结果表明:随着端面摩擦系数的增大,对应的屈服强度和硬化强度增大明显。同时,圆环纵向压缩应力应变曲线有一个明显的应力下降段。其原因是圆环在塑性压缩过程从内而外发生了动态塑性失稳。由于端面应力不均匀和压缩过程端面摩擦系数不均匀变化,试件前后端面的压缩变形明显不一致。数值模拟分析了不同表面粗糙情况下的圆环纵向压缩过程,得到了和实验相类似的现象。