基于ANSYS的磁悬浮平台空载磁场有限元分析

基于ANSYS有限元仿真软件,运用APDL语言,针对一种磁悬浮平台的空载磁场进行了命令流建模和仿真分析,从中得到了磁场分布与悬浮受力的关系,并进一步分析了磁悬浮平台多结构参数与悬浮力之间的变化规律。仿真结果揭示了磁悬浮平台结构多参数变化对悬浮力的影响,从而为磁悬浮平台的结构参数优化设计及其悬浮控制提供依据。     

一种新型电磁阵列悬浮系统的结构设计与特性分析

研制了一种新型电磁悬浮系统装置,该装置利用电磁铁阵列与永磁铁提供空间三维方向的悬浮驱动力。与传统的电磁悬浮系统相比,该系统具有悬浮力大、磁场分布规律、运动范围广等特点,可以明显提高系统的使用效率基于有限元数值方法对悬浮电磁力特性以及合成磁场特性进行详细分析,并做了相关实验。结果表明所设计的电磁阵列悬浮系统装置可以在大气隙下使用,具有较好的稳定性和可控性。     

电磁电动式磁悬浮装置的磁场分析和力特性研究

针对目前电磁式磁悬浮无法实现静止悬浮,为实现静止稳定磁悬浮的问题,提出旋转磁场电动式磁悬浮装置方案,该装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生圆周运动的交变磁场,与其在次级导体中感应出的涡流磁场相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现稳定的悬浮.为准确分析装置力特性,建立悬浮装置的多层分环电磁模型对磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和水平转矩,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系;建立有限元模型,分析得出了系统的磁场分布,电磁力等的分析结果;搭建了实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证了理论分析和计算结果.     

无轴承永磁薄片电机径向悬浮力精确数学建模

无轴承永磁薄片电机具有薄片转子的特殊结构,为了采取有效方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮,研究的关键在于获得无轴承永磁薄片电机精确的径向悬浮力数学模型。在介绍无轴承永磁薄片电机的结构和工作原理基础上,对无轴承永磁薄片电机气隙磁场进行了详细分析,基于麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力数学模型,最后对比验证了利用有限元方法的计算结果和样机实验对数学模型的理论计算结果。验证结果表明,该方法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精确度髙。     

盘式永磁Halbach悬浮装置的磁场和力特性分析

针对电磁式(EMS)磁悬浮实现稳定悬浮需要复杂的闭环控制和悬浮气隙较小等问题,提出的盘式永磁Halbach悬浮装置是一种电动式(EDS)磁悬浮系统,具有悬浮气隙大和不需要复杂的闭环控制即可实现稳定的悬浮等优点.盘式永磁Halbach悬浮装置通过永磁体和导体板上感应出的涡流相互作用产生悬浮力和转矩.从电磁场理论出发建立悬浮装置的分环电磁模型,采用拉普拉斯分离变量方法进行磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和水平转矩,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系,证明在一定的相对速度下,装置可以输出足够大的悬浮力.建立有限元模型,通过分析得出系统的磁场分布以及电磁力等的分析结果;搭建实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证理论分析和计算结果的正确性.     

基于ANSYS的无轴承永磁薄片电动机特性分析

介绍了无轴承薄片电动机的基本结构和工作原理,用转子气隙磁场积分的方法推导出电机悬浮力和电磁转矩数学模型。利用ANSYS有限元分析软件,分析了电机转子圆周面上径向悬浮力的分布,验证了径向悬浮力产生机理和数学模型准确性,分析了径向悬浮力和转矩的特性,为电机控制系统的构建提供了理论依据。     

无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。论文介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

无轴承异步电机数学模型与解耦控制

针对无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的成功解耦是电机稳定悬浮工作的关键问题.在给出了无轴承异步电机径向悬浮力产生原理的基础上,推导了径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型,并采用转子磁场定向控制策略设计了无轴承异步电机矢量控制系统,利用Matlab/Simulink工具箱对该控制系统进行了仿真.仿真试验表明,该控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦控制,电机具有良好的动、静态性能.     

基于Halbach阵列的斥力型磁悬浮模型有限元分析

针对传统斥力型磁悬浮系统永磁部分磁密利用率低、悬浮高度不高、悬浮力小等问题,引入Halbach永磁阵列,对传统模型进行改进,其主要思想是在不改变模型材料与尺寸的前提下,将传统模型底部主磁环设计为Halbach阵列,利用Halbach阵列单边磁场的特点,提高底部主磁环的磁场利用率。分析结果表明,Halbach斥力型磁悬浮模型的磁场分布强度比传统模型大将近2倍;对于相同的悬浮高度,Halbach阵列结构模型的悬浮力明显高于传统模型,悬浮高度越低,二者的差异越大;对于同样重量的悬浮物,Halbach阵列结构可以获得更大的悬浮气隙。研究结果为斥力型磁悬浮模型的结构尺寸优化和悬浮控制提供依据。     

利用场路结合方法分析磁轴承悬浮力

针对磁轴承悬浮力分析比较复杂的问题,提出利用场路结合分析磁轴承悬浮力的方法.基于磁路法推导了径向磁轴承悬浮力的线性化模型,针对具体的磁轴承系统,利用有限元法分析了磁轴承能够满足线性化模型的偏置电流选择范围和磁轴承转子偏移范围,通过最小二乘法修正了线性化模型的电流刚度系数和位移刚度系数,并对超出线性化模型范围的悬浮力进行...     

Experimental study of a PM-HTSC hybrid magnetic levitation system

A principle of hybrid magnetic levitation system using permanent magnets (PMs) and high-temperature superconductors (HTSCs) for a linear-motor-type carrier system in a high-quality clean room and a magnetic bearing for the flywheel energy storage system are discussed. A substantial levitation force was generated by the repulsive force between like poles of coupled magnets. However, the repulsion system with magnets is essentially unstable without control. Thus, HTSCs are applied for control elements of the PM-HTSC hybrid magnetic levitation system. In this system, the levitation force becomes stronger than in the system without PM, and we can expect sandwich-type magnetic bearing capable of sustaining greater force.     

感应型无轴承电机的优化气隙磁场定向控制

由于悬浮力与转矩之间以及水平、垂直悬浮力之间的耦合，动态过程中感应型无轴承电机转子的悬浮将变得不稳定。针对磁悬浮力是定、转子间气隙磁密有源不平衡结果的概念，该文建立了感应型无轴承电机气隙磁场定向控制模型，进行了起动及突加负载大动态过程稳定悬浮的运行仿真。然而负载运行中转子参数变化和铁磁非线性饱和的影响，定向用气隙磁通发生了幅值及相位的变化，破坏了两正交悬浮力间的解耦条件，影响了转子的稳定悬浮性能。对此，该文又提出了一种优化气隙磁场定向控制策略和系统，通过对气隙磁链幅值和相位的实时修正，实现了在气隙磁场定向基础上的动态解耦控制，有效地提高了考虑参数变化及计及饱和时感应型无轴承电机的实际悬浮运行能力，为实际系统的动态解耦控制提供了实施途径。     

一种磁悬浮直线开关磁阻电机悬浮模块设计与分析

磁悬浮直线开关磁阻电机继承了直线开关磁阻电机的优点,结合有效的悬浮设计方案,在磁悬浮运输系统中具有一定的应用潜力。研究了磁悬浮直线开关磁阻电机的悬浮模块及其改进结构,分析磁场分布和磁路模型,在此基础上,利用有限元软件进行仿真,通过结果分析发现所提出结构具有天然解耦的结构特点,可以实现悬浮力控制和推力控制解耦以及悬浮力控制与动子前进位置解耦,通过线性调节悬浮电流即可线性控制悬浮力,使悬浮电流控制为标量控制,大大降低了悬浮控制系统的复杂性。此外,改进结构可以有效提高悬浮电流利用率,减小悬浮绕组损耗。     

无轴承电机绕组轴线及控制系统刚度系数测定

针对无轴承电机悬浮控制系统模型中,两套绕组轴线坐标角度与模型刚度的确定均建立在一系列假设条件下,使实际数值与理论数值之间存在较大误差,且目前尚无对两套绕组轴线坐标关系及控制系统模型系数的精确测定方法,根据感应型无轴承电机气隙磁场的固有特性,建立了含两套绕组轴线坐标关系与转子偏心的磁悬浮力数学模型,提出了直接测定两套绕组轴线坐标关系及悬浮力模型系数的实验方法,精确测定出两套绕组坐标关系及控制系统的模型系数,可使无轴承电机实现精确控制.     

旋转磁场电动式磁悬浮装置的力和损耗特性分析

该文设计了一个新型磁悬浮装置方案——旋转磁场电动式磁悬浮装置,该悬浮装置利用初级绕组中的三相交变电流与其在次级导体板中产生的涡流相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现固有稳定的电动式磁悬浮。为准确分析装置力和损耗特性,建立了悬浮装置的多层分环电磁模型,采用多层行波磁场理论方法进行磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力、转矩和涡流损耗,给出磁悬浮装置特性与其参数的关系,利用时步有限元仿真和样机实验验证了理论分析和计算结果。证明在一定的输入激励条件下,装置可以输出足够大的悬浮力使次级悬浮,但次级损耗不可避免。     

长定子直线同步电机的电抗计算与力的分析

本文讨论了长定子直线同步电机的主漏磁场 ,引入相应的电抗计算公式。采用基于状态方程的仿真模型 ,研究悬浮力、推力与气隙、功角之间的关系 ,为长定子同步直线电机的运行控制提供理论基础。     

磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析

该文对磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组的励磁及控制方式进行了分析。从磁悬浮无轴承电机的运行原理出发,通过将1台该种电机等效成具有不同极数的2台电机,研究电机内磁场和转子的相对运动,得出绕组极数选取方案与等效电机工作状态的关系。进一步推导出绕组极数选取方案与悬浮力绕组励磁方式的关系。从中可以看出绕组极 数选取方案决定悬浮力绕组的电能传递方向及它的励磁方式。针对悬浮力绕组存在的两种励磁及控制方式,重点讨论了悬浮力绕组工作在自励方式时,控制悬浮力绕组励磁电流的方法。提出一种采用逆变器并联电容器的新方法,该方法通过PWM逆变器控制悬浮力绕组中励磁电流。最后,进行了实验研究。     

混合磁轴承转子偏心时悬浮力计算与有限元分析

基于混合磁轴承悬浮力产生机理,为了更好的计算悬浮力,该文首先对气隙磁密进行分析,再由气隙磁密可得到气隙磁场的能量,最后根据力与能量关系推导出了磁轴承转子有垂直位移时的悬浮力计算公式。该计算公式的推导过程较简便,比以往的更加方便、高效且准确性较高。为了验证理论计算公式的正确性,运用Ansoft软件对设计的混合磁轴承样机进行两次模拟偏心试验,得出的试验数据与理论计算值很接近,试验结果验证了理论的正确性。     

高速磁浮列车电磁力的软测量技术

针对高速磁浮列车在运行过程中电磁力难以直接测量的困难,采用有限元分析软件ANSYS建立了悬浮电磁铁的二维模型,并对模型进行了有限元分析与计算,得到了其内部的磁力线分布情况以及磁浮列车在不同运行情况下的电磁力数据,并总结了推力和悬浮力随功率角、气隙、定子电流和转子电流的变化规律,在此基础上采用最小二乘法建立了指数形式的电磁力软测量模型。采用该模型,列车在运行过程中所产生的电磁力可以通过气隙、定子电流和转子电流的测量结果计算得到。该模型的最大误差小于1％,为高速磁浮列车运行过程中电磁力的计算和控制提供了重要依据。