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《基于有限元方法的悬浮牵引兼用直线感应电机的动态性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第29卷第2期铁道机车车辆Vol129No122009年4月RAILWAYLOCOMOTIVE&CARApr12009地铁与轻轨文章编号:1008-7842(2009)02-0038-03基于有限元方法的悬浮牵引兼用直线感应电机的动态性能分析1,211,21韩俊飞,杜玉梅,何晋伟,史黎明(1中国科学院电工研究所,北京100190;2中国科学院研究生院,北京100080)摘要利用有限元方法建立了直线感应电机的二维瞬态电磁场模型,计算了直线感应电机启动时的动态性能,计算结果表明直线感应电机推力和法向力存在一定的振
2、动,利用后处理方法计算了不同时刻直线感应电机气隙磁密的分布,通过张量法分析了法向力存在振动的原因。关键词直线感应电机;推力;法向力;气隙磁密畸变;有限元方法+中图分类号:U264114文献标志码:A直线感应电机结构简单、能够直接产生直线运动,道的上边面放置了直线码盘,用于测量小车的速度。通过控制其内在的法向力,在不需悬浮电磁铁的情况两台电机由两台变流器分别供电,通过单独控制电机〔1〕的法向力和牵引力实现悬浮状态下的牵引。与目前中下,可同时实现悬浮和牵引。因此在交通、工业生产等各领域得到广泛应用。低速磁悬浮列车
3、通过直线感应电机来牵引车辆,抑制由于直线感应电机存在边缘效应,结构不对称等电机法向力,同时利用悬浮电磁铁单独悬浮车辆的方特点,利用传统感应电机的等效电路模型难以准确计法相比,本文提出的系统结构简单,充分利用了直线算电机特性。有限元法等数值解法是直线电机设计及感应电机的法向力,把不利因素转化为有利因素,是性能分析的重要工具。有限元法中计算力的重要方法一种很有潜力的新型轨道交通方式。是麦克斯韦应力张量法,文献〔2,3〕利用有限元数由于悬浮牵引兼用系统中需要主动控制电机法向值解法求解了电磁推力和法向力。文献〔4〕利
4、用An2力,而一般的旋转电机模型中又不涉及法向力问题,soft建立二维模型计算,得到直线感应电机的电路参因此,对法向力的精确计算成为整个控制系统的关键。数,通过有限元分析得到系统磁场能量、磁共能、推力和法向力。有限元法一般只能进行定点的稳态特性计算、验证,难于用于动态特性分析,并且在实时控制中,在线运用有限元方法还有较大困难。以本试验室研制的一台悬浮牵引兼用直线感应电机模型车为例,利用有限元计算软件AnsoftMaxwell-2D计算了不同工况下的直线感应电机的动态特性,分析了电机推力和法向力的特性,利用后处
5、理计算了电机气隙磁密,并且利用张量公式解释了电磁力振动的原因。1悬浮牵引兼用直线感应电机图1悬浮牵引兼用直线电机试验车该模型车系统包括两台直线感应电机,如图1所2Ansoft计算直线感应电机特性示,分别安装在纵梁的前部和后部,在模型车框架的AnsoftMaxwell-2D以有限元为基础,可对多种电前后放置两个电涡流传感器,用于测量前后两台电机机型式进行电磁场分析和性能分析。对于不同的电机的气隙大小,小车放置在一个长218m的轨道上,轨电磁场问题,一般均采用有限元法求解问题的3个步道为直线感应电机的次级,由背铁
6、和薄铝板构成,轨骤:前处理、运行计算和后处理。在Maxwell-2D中,韩俊飞(1978-)男,湖北襄樊人,博士生(收稿日期:2008-09-25)第2期基于有限元方法的悬浮牵引兼用直线感应电机的动态性能分析39〔5〕相应的系数。(3)确定边界条件。有限元分析需要求解非线性时变微分方程组,必须提供边界条件,对本文的电机模型,可以定义模型背景(Background)为气球边界条件。电机初级绕组线圈施加激励源,文中施加三相交流电流源,初级线圈A相,B相,C相,与之对应的---是A相,B相,C相。激励源给定如图3所
7、示。文中给定激励源形式为初级绕组中的电流密度。(4)确定求解参数。包括确定运动边界、外加载荷、时间步长等。文中给定电机的质量为30kg,阻力为5N。依有限时步法,利用自适应网格剖分技术,进行移动网格剖分,如图4所示。建立直线感应电机模型分为以下几个主要步骤。(1)建立电机的几何模型。画出直线电机的几何模型,留出相应的电源接口。本文中的做法是选择AnsoftMaxwell2DV9,进入求解器选框,选择Tran2sient,绘图选择XY坐标平面,然后进入前处理器2DModeler,根据直线感应电机的结构参数,建立
8、电机有限元分析模型。(2)确定电机各部分材料的属性。磁饱和等现象严重影响电机的性能,需要设置合理的电机初级和次级背铁的B-H曲线,如图2所示。直线电机的横向边缘效应在Maxwell2D中难以体现,这里采用数值和解析相结合的方法,把次级铝板和背铁的电导率乘以图6实测电机推力和理论值比较(推力—滑差曲线)40铁道机车车辆第29卷值为13A、频率为10Hz的电流时,电机的启动特性如图5所示。由图5-1和图
