卧龙磁浮试验线驱动电机与其变频控制系统设计

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1、浙江人学硕士学位论文图1lb长定子直线同步电机初级及励磁磁铁结构示意图图1．1长定子南线同步电机的结构示意图图1la中上一部分是轨道部分，K定了直线同步电机的电枢就安装在轨道上。电枢铁芯分段组成，每一段采用一定长度o5mm硅钢片枯结组舍而成。电枢铁芯上均匀分布了』F口槽．整距分布。绕组采用集中绕组，这些主受是考虑到丁艺的要求。绕组是多心的铝导线，预先成型，然后由专门的下线机器安装到槽内。图1lb中下一部分是车辆，悬浮磁铁就安装在车辆上，悬浮磁铁是一个rb磁铁，励磁绕组安装在大槽内。另外悬浮磁铁的极靴上面

2、还开有小槽，这些是放置直线发电机绕组的地方。长定子直线同步电机的电枢、磁极的极距稍有不同，相差电枢个槽距的十分之，这样可以削弱齿谐波。长定子直线同步电机的电枢由地面的变电站提供频率可变的=相交流电(图1．2是长定子的三相绕组图)，产生一个行波磁场(称为电枢碰场)，其速度与电源的频率相当，类似于空问有一个电磁铁在移动。车辆上的励磁绕组通入直流电将产生个磁性不变的磁场，它在空间的移动速度与车辆的速度相当。图I2三相绕组接线图悬浮工作原理：由图11可见，初、次级之问在气隙磁场的作用下相互吸引．产生一个悬浮力(

3、在一般的直线电机中，称为单边磁拉力)，显然它的大小与气隙磁场和磁极面积有关。在磁极面积大小不变的情况下，它的大小与气隙磁场密切有关，当气隙到达一定的大小后，由励磁磁场与电枢磁场合成的气隙磁场必须产生与车辆重量相当的悬浮力，系统处于才能达到平衡状忐。因此要维持浙江人学硕十学位论文一定的气隙(由气隙传感器测得)，悬浮力要跟随车辆的重量而改变，这里可通过调节悬浮磁铁的励磁电流来实现。在磁悬浮列中，车辆本身的重量大于乘客的重量，所以气隙磁场变化不大，即励磁功率变化也不大。例如，上海TR08列车端车的空车重52．

4、9t，正常允许有效载重为9．It，载重为车重的17．2％，中车的空车重50．3t，正常允许有效载重为14．2t，载重为车重的28．23％，可见励磁功率的调节范围不是很大。对于常导悬浮系统而言，悬浮方向是一个非稳定平衡状态，气隙的减小会使悬浮力增加，从而使气隙要进一步减小，如果控制系统不能及时干预，就会发生车辆被吸到轨道上的故障，因此对整个控制系统而言，气隙大小的检测非常重要。推进工作原理：悬浮磁铁在气隙中产生的磁场同时也作为长定子直线同步电机的励磁磁场，当它与电枢磁场同步时将产生一个水平推力，使车辆克服

5、空气的阻力以一定的速度运行。由此可见，电枢电流的频率一定要与车辆的运动速度相配合，否则不能产生恒定的推力。因此车辆速度的检测非常重要，由它来决定电枢电流的频率、大小；为了实现定子直轴电流为零的矢量控制方式，必须检测磁极的位置(即车辆的位置)，以此来决定电流的相位。长定子直线同步电机的悬浮系统与推进系统共用一个气隙磁场，如果在任意功角情况下，调节一个变量势必引起另一个变量的变化，为了能够实现解耦控制，必须使电枢反应减到最小，即气隙中的磁场由励磁电流所决定。尽管长定子直线同步电机的正常运行气隙为10mm，电

6、枢反应相对比较小一些，但肯定对气隙磁场存在影响，电枢电流的变化还是会引起气隙磁场的变化，因此正常运行时控制系统使气隙合成磁场轴线与悬浮磁极轴线正交，使电枢反应减到最小，可以使推力实现最大化，也可使系统的悬浮力与推力的相互偶合程度减到最小，控制可以分开调节。即在大气隙和定子直轴电流‘=0情况下，气隙中的磁场主要取决于励磁磁场，电枢反应磁场的影响比较小，在励磁磁场保持不变时，气隙中的磁场也基本不变，因此调节电枢电流的大小可以调节推力。悬浮磁极的极靴上还开有小槽，这是一个直线发电机，可以说系统对能量的利用非常

7、的巧妙，结构也很紧凑。长定子直线同步电机的电枢开了开口槽，齿槽效应明显，气隙还存在许多谐波，这些都能在发电机线圈中产生感应电势，其中由齿槽效应引起的电压是主要分量。感应电压在发电机的线圈产生电流，而且随车速的增加而增加。所以，在车速比较低时，车上的设备是由蓄电池供电的，到达一定的速度后，用电设备就由直线发电机来供电，并给蓄电池充电，保证下一次起动时使用。在长定子直线同步电机的设计中我们要考虑悬浮磁极开槽对气隙的影响。1．2．2结构特点长定子直线电机铁心的2维和3维示意图，如图1．3和图1．4所示，浙江大

8、学硕十学位论文图1．3长定子直线电机铁心的2维示意图图1．4长定子直线电机铁心的3维示意图1．3磁悬浮列车概述1．3．1磁浮列车交通技术的发展磁浮交通技术的发展经历了一个从理论提出到实际应用的漫长过程。从1922年德国人HermannKemper提出电磁浮的原理到1971年德国第一辆磁浮原理车试验线路投入试验运行，在这段近半个世纪的时间里磁浮列车技术发展缓慢。此后，各国科学家，工业界人士开始关注磁浮列车的发展，磁浮列车技术发展日益迅速。19