可控永磁悬浮系统不同永磁体厚度动态特性的研究

【摘要】：传统的EMS(Electromagnetic Suspension)磁悬浮系统的悬浮磁极在结构上简单可靠而且技术上已经相当成熟,但是这种悬浮磁极还有一些需要改进的地方,主要是悬浮磁极在稳定悬浮时流过悬浮磁极的电流较大,使得悬浮磁极的功耗也很大。而可控永磁悬浮系统可借助永磁体来产生大部分的悬浮力,从而可以大大减少悬浮系统的功耗,显著降低悬浮电源的容量,并且悬浮气隙可以适当增加,使得整个系统更加安全,轨道梁的造价也将显著下降。随着永磁体磁性能的提高和制造工艺的进一步完善,采用可控永磁悬浮技术成为解决传统EMS磁悬浮系统悬浮功耗问题的非常具有竞争力的方案。本文主要对可控永磁悬浮系统不同永磁体厚度的动态特性进行了研究,并研制出一套可以实现单个可控永磁悬浮系统悬浮的实验装置,对不同永磁体厚度的悬浮系统动态特性进行了实验验证。 本文首先在一定条件下,对比了可控永磁悬浮系统的时间常数和纯电磁悬浮系统的时间常数。由于漏磁场的存在,可控永磁悬浮系统的时间常数要小于纯电磁悬浮系统的时间常数,所以可控永磁悬浮系统的动态特性要优于纯电磁悬浮系统的动态特性。 可控永磁悬浮磁极的特性曲线是一个非常重要的参考曲线,悬浮斩波器参数的选定、悬浮控制系统的设计和传感器工作范围都要根据这些曲线来确定。本文着重分析了不同永磁体厚度可控永磁悬浮系统的特性曲线。 采用状态反馈控制器,得出不同永磁体厚度的可控永磁悬浮系统动态特性的对比。同一种控制器且控制参数相同时,都可以使得不同永磁体厚度的可控永磁悬浮系统实现稳定悬浮,永磁体厚度越大,动态特性稍微要好一些;然而对于某一个可控永磁悬浮系统的某种工况下,永磁体的厚度存在一个最佳值,这个最佳值就是永磁体产生的磁力非常接近悬浮系统重力的永磁体厚度。 可控永磁悬浮技术可以显著降低悬浮磁极的功耗,优化EMS型磁悬浮系统的结构,从而降低系统造价,是很有前景的一项科技技术。