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EMS型磁浮列车牵引特性分析

王桂荣  
【摘要】: 本文针对EMS型高速磁浮列车用长定子直线同步电机的特点,对该直线同步电机的内部电磁性能、驱动特性,以及无速度传感器驱动控制系统和故障状态下定动子的电流变化情况进行了详细的分析。 首先,基于解析计算的方法对磁浮列车用直线同步电机的内部电磁场分布、该电机的电参数和一个电周期内驱动力和悬浮力的变化情况进行了分析,在分析和计算的过程中得出了一些有价值的结论。 再者,为了验证解析计算结果的正确性又建立了一个电磁悬浮模块的ANSYS分析模型,用有限元法对磁浮列车用直线同步电机的内部电磁场分布情况和该电机的驱动力、悬浮力的变化情况再次进行了分析。对两种方法计算得到的结果进行对比,发现两者的结果很好地吻合,这说明了所得出的磁浮列车用直线同步电机电参数及其驱动力和悬浮力计算的正确性,也说明了所建立的ANSYS分析模型的正确性。 接着,建立了不同情况下的多个ANSYS分析模型,对不同情况进行分析,并对分析出的数据结果进行后处理,得到了磁浮列车用直线同步电机电感参数、电枢绕组感应电动势、励磁绕组感应电动势和直线发电机绕组感应电动势,随磁浮列车悬浮间隙长度、定动子电流大小、磁浮列车动子励磁磁极位移变化的结果;并且把电机内部结构作为一个黑匣子分析得到了从输入变量(包括磁浮列车的悬浮间隙长度、定动子电流大小、励磁磁极位移等变量)到输出变量(包括驱动力和悬浮力)的数学模型。 最后,基于解析计算和ANSYS模型分析结果所得出的磁浮列车用直线同步电机的电感参数,利用转子磁场定向控制和矢量控制算法建立了磁浮列车的驱动控制模型。在分析几种无速度传感器控制算法优缺点的基础上,提出采用高频电压信号注入法来估算高速磁浮列车位置和速度信号的方法,并对系统进行仿真,仿真结果证实了此种方法的有效性。文中最后还对磁浮列车用直线同步电机定子三相电枢绕组发生短路情况下,列车不同编组数和不同速度时的定动子电流变化情况进行了分析,分析所得出的结果对与定、动子绕组相联的电器设备的选型可提供参考。


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