次级非中心位置工况双边直线电动机有限元分析

在理想工况下双边型直线感应电机运行时,次级处于电机中心位置,由于曲线行程和振动等原因,初级会发生不同程度的横向偏移导致次级偏离中心位置,从而电机力特性发生较大变化。通过建立短初级双边型直线感应电机三维解析模型,给出了直线感应电机的数值计算方法和边界条件,获得初级不同偏移程度下直线电动机推力和法向力的表达式。对该工况下的直线感应电机进行三维有限元仿真,得到不同偏移程度下气隙磁场、推力和法向力的特性,分析了同一偏移下频率对非磁性次级电机的磁场和法向力影响。结果表明,随着初级偏移程度不断增大,气隙磁场的磁感应强度略有下降,而抑制偏移的法向力和推力逐渐增大。     

大气隙直线感应电机的力特性分析

大气隙直线感应电机（气隙长度大于10mm）目前已经在地铁、轻轨中得到了很好的应用,在过山车、海盗船等大型游乐设备中也有很好的应用前景,其推力与法向力特性对系统性能很重要.该文介绍了该类电机的结构与设计所用的传统等值电路.通过实验证明,等值电路对计算电流与推力仍然有效,而法向力的计算与纵向边端效应对气隙磁场的影响则需要建立在有限元数值分析方法基础上;在此模型基础上分析了推力、法向力与电机初级电流大小、电流频率、气隙长度之间的关系.结果表明大气隙直线感应电机的法向力与推力之比小于普通直线感应电机,因此法向力基本不影响应用系统.该文的结论为此类电机的设计与应用提供依据.     

不同槽配合格栅型直线感应电机电磁特性研究

为了削弱横向边端效应,增大电磁推力,提出格栅型次级作为直线电机新型的拓扑结构。依据电磁场理论,采用有限元分析方法,建立了两类格栅型次级直线感应电机的有限元模型,在瞬态场下,分析了格栅型次级直线感应电机在不同初次级的槽配合时,两类格栅型次级直线感应电机推力、法向力的变化以及波动,对比分析了格栅型次级板与平板型次级的涡流分布以及横向气隙磁场的分布。考虑法向力的影响,计算了在合适槽配合下格栅型次级直线电机的净推力特性,同时得出了两类次级结构产生电磁推力和法向力随速度的变化曲线。通过以上的有限元分析,为直线感应电机优化设计提供了理论参考。     

基于二维四区域法的单边复合次级直线感应电机力特性建模研究

针对地铁用单边复合次级直线感应电机力特性解析方法中存在的模型构建困难、分析繁琐、计算量大、工程实用性差等问题,提出一种建模简单且计算量小的单边复合次级直线感应电机简化二维四区域电磁模型。当电机初级绕组通入三相对称交流电产生行波磁场,与地面非磁性次级导体中感应的涡流磁场相互作用,可同时产生推力和法向力。以麦克斯韦电磁方程为基础,对其磁场进行分析,得到该类电机推力、法向力的解析表达式。通过有限元仿真、实验平台测试结果与解析结果进行比较,验证了解析表达式的正确性。实现力特性的快速准确计算,对单边直线感应电机设计有着重要意义。     

直线感应电机间接磁场定向悬浮牵引联合控制

基于气隙磁密分析,建立了适用于间隙变化的直线感应电机动态数学模型以及推力和法向力表达式.针对直线感应电机的运行状况,分析了法向力的排斥力分量和吸引力分量的特点,提出了一种新颖的基于间接次级磁场定向的推力、法向力独立控制策略.仅仅依靠单边直线感应电动机,实现了静态和动态稳定悬浮、以及悬浮状态下的稳定牵引运动,并在一台直线感应电机模型车辆上进行了实验.实验结果表明,提出的解耦控制方案对直线感应电机的悬浮牵引联合控制具有良好的效果.     

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场和推力解析计算

介绍了一种基于标量磁位分离变量法(圆柱坐标)的径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场解析计算方法。利用该解析法理论分析了无槽电机的气隙磁场,得到了气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果;同时对有槽电机引入了卡特系数并利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数,得出了径向磁通密度的解析表达式;此外,文中还利用解析法计算了无槽电机的推力;通过有限元数值算法对磁场和推力进行计算,结果表明,该电机气隙磁场及电磁推力的两种计算方法的结果误差很小,验证了解析法的正确性和实用性。最后给出了无槽型实验样机的径向磁场分布以及电机额定负载时的推力实验结果,验证了样机分析和设计的正确性。     

考虑后退行波的长初级双边直线感应电机电磁性能计算

根据一维电磁场理论建立以次级板为运动参考坐标系的长初级双边直线感应电机(DLIM)解析模型。首先推导气隙磁通密度在实数域的表达式,分析端部效应引起的前进和后退行波磁场的时空分布特点及其对基波气隙磁场的影响;然后推导考虑前进和后退行波磁场的电机推力密度和稳态推力表达式,分析推力密度在次级板纵向的分布特点、各电磁推力分量随速度的分布特征以及端部效应对总电磁推力的影响;最后建立电机的有限元模型,对电机的气隙磁场分布和不同频率下推力特性进行计算,并与解析计算的结果对比,证实解析计算方法的准确性,为长初级DLIM的初始设计和后续优化提供理论依据和方法。     

圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。     

直线电机不均匀气隙磁场解析计算方法

直线感应电机运行时,其初级和次级之间可能因不平行而形成不均匀气隙,从而造成电机磁场分布变化。对于这种不均匀气隙的电机磁场分布的计算,沿用传统的基于均匀气隙的公式则会使误差增大。为解决此问题,首先基于电磁场理论,提出了一种不均匀气隙直线感应电机磁场的解析计算公式;其次根据直线电机特性对解析公式进行修正;最后将解析公式计算结果与有限元方法计算得到的气隙磁场分布结果进行了对比。对比结果表明,这种考虑了气隙不均匀的解析磁场计算方法相比不考虑气隙不均匀的计算,其平均误差减小50%以上,为直线感应电机的设计和控制效果的提升提供了一种有益的参考。     

圆筒型直线感应电动机的起动推力与电机性能的计算与分析

以一台起动推力为103N的三相圆筒型直线感应电动机为例,采用内外双收敛有限元方法对其起动时刻进行涡流场分析,求出了电机的起动推力和电机内的磁场分布.通过与实验值进行比较,验证了此方法计算该电机起动推力的准确性.利用所得的方法,对采用不同气隙大小和次级电阻率时电机的起动性能进行计算分析,从而得出起动推力随气隙大小和次级电阻率的变化规律.所得到的计算方法与规律对圆筒型直线电机的优化设计与制造能够提供有益的帮助.     

基于有限元方法的双边直线感应电动机机械特性分析和计算

建立了扁平型双边直线感应电动机的模型,用有限元方法对其磁场进行分析,计算中充分考虑了纵向端部效应的影响,给出了磁场分布状况,并在此基础上,得出直线电机的推力与滑差率的特性曲线,最后将理论计算结果与实验结果进行了比较,验证了计算方法的有效性.     

基于解耦策略的直线感应牵引电机法向力自适应最优控制

中低速磁悬浮列车和部分地铁车辆均采用直线感应牵引电机作为驱动机构,该电机特有的边缘效应和法向力对直线感应牵引电机的效率以及性能均产生很大的负面影响,因此直线感应牵引电机采用常规的电传动控制策略并不能取得良好的控制效果。该文充分考虑边缘效应的影响,建立了直线感应牵引电机的数学模型。将推力与磁通进行解耦,并分析磁通、推力与电流控制环节的非线性与时变性,提出了神经自适应控制的设计方法。分析了法向力的组成与特性,得出其数学表达式,以推力与磁通解耦为基础,结合最优化理论,考虑多个优化目标建立损耗最小函数,实现直线感应牵引电机的损耗最优控制。计算机仿真与实验对所提控制策略与传统控制策略进行对比,验证了该方法在典型工况下的有效性。     

交通牵引大功率单边直线感应电机性能研究

从单边直线感应电机(SLIM)气隙磁密方程入手,引入绕组函数方法,将次级绕组分为基波和边端效应波分量。根据初级绕组分布,推导出两相静止坐标下的初级绕组函数,解出次级绕组基波和边缘效应波分量。由绕组函数理论计算出电感、品质因数、次级电阻和运动电势系数,建立电压和磁链方程。根据初次级能量转换关系,得到推力方程。通过恒流恒频下的暂态特性和几种变频模式下的稳态特性计算,比较了实际稳态运行中的大功率SLIM的相电流、推力和效率的计算值和测量值。结果表明,绕组函数法能较好地描述边端效应,得到的稳态推力、效率和试验基本吻合,并证明了暂态计算的真实性。该模型可用于电机设计和特性分析中,具有一定的实用性。     

采用不同次级结构的单边直线感应电机性能分析

为研究直线感应电机特性受次级的影响程度,采用瞬态有限元方法对四种不同次级材料和结构的直线感应电机进行了分析,并对四种直线电机的堵动特性及机械特性进行了对比。分析结果表明,钢铜平板复合结构的直线感应电机在相同电负荷时,具有较大的电磁推力输出和较小的法向力,是应用于直线轨道交通的最佳选择。     

Thrust ripple optimization and experiment for a permanent magnet linear synchronous motor

Thrust ripple such as end force, slot force and normal force are key factors that affect the properties of permanent magnet linear synchronous motors (PMLSM). According to different mechanics and analytical models, end force resulting from open magnetic circuit of PMLSM was greatly decreased by optimizing the length of the PMLSM mover. Slot force caused by slot effect was greatly reduced by using fraction slot structure, and normal force was calculated through the finite element method (FEM). After thrust ripple was calculated, its uniform formula was obtained through Fourier series nonlinear regression. An experimental system was set up to measure thrust ripple, and experiment results demonstrated that experimental force ripple was quite in line with that calculated by the fitting formula. The optimal theory and analysis method is effective, and the obtained formula can be utilized to compensate thrust ripple in practical applications and improve the motion performance of PMLSM. __________ Translated from Proceeding of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2005, 25(12): 122–126 (in Chinese)     

永磁同步直线电动机磁场和推力波动分析及实验研究

直线电动机存在由端部效应、齿槽效应和法向吸力引起的推力波动,对电动机动态稳定性和伺服控制性能产生较大的影响。利用等效磁化电流和许-可变换求解电动机的磁场分布,并采用ANSYS进行仿真分析验证,采用对电动机初级铁心长度优化的方法降低推力波动。实验表明,推力波动实验值与分析基本一致,证明了提出的磁场分析方法和优化设计的有效性。     

无槽永磁直线同步电动机的稳态分析

建立无槽式永磁直线同步电动机分层解析模型,由于电机等效气隙较长、漏磁较大,采用磁化电流法等效永磁体电流密度,电枢电流按实际情况考虑。以矢量磁位作为求解变量得到励磁磁场和电枢反应磁场的二维解。在此基础上求电机的电磁参数:气隙磁密、电磁推力、电感和电势等。进一步分析气隙长度对电机磁场的影响,用有限元法验证解析结果,两种方法所得结果吻合较好,表明该解析法行之有效。