新型混合励磁直线同步电机的研究与设计

论文摘要

本文的研究对象是新型混合励磁直线同步电机,它是在传统电励磁直线同步电机中引入高磁能积永磁体而形成的。高速磁浮列车以其安全、快速、环保和节能等诸多优点,在我国的中长距离交通运输领域具有广泛的应用前景。长定子直线同步电机是磁悬浮列车的核心技术之一,而混合励磁直线同步电机由于引入了永磁体,减小了励磁损耗和励磁系统发热,增大了悬浮气隙,使得系统制造精度要求和造价降低,且提高了系统经济性和可靠性。因此对混合励磁直线同步电机的研究有助于提高长定子直线同步电机的性能,促进磁浮技术的国产化。本文所做的工作包括:首先,通过传统电励磁直线同步电机的有限元模型的建立和分析,得到其磁场分布和力特性,而卧龙磁浮试验线的试验结果则证明了仿真模型的正确性和有限元分析方法的可行性,为后面的分析打下了基础。接着,在对现有混合励磁直线同步电机的结构进行比较分析的基础上,提出了两种新型混合励磁电机结构,研究了其悬浮力、电磁推力与悬浮气隙、励磁电流之间的函数关系,证明了混合励磁电机比传统电励磁结构电机性能上的优越性。而后研究了永磁体尺寸与位置对新型混合励磁电机力特性的影响,为电机结构的进一步优化提供了理论依据。最后,建立混合励磁直线同步电机的学模型,通过建立HELSM的矢量控制系统整体模型的建立,分别对有无弱磁调速情况进行了仿真分析,最后分析由结果波形的比较得出,加弱磁调速后的矢量控制系统对混合励磁直线同步电机的控制是具有较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 磁浮技术发展概况
• 1.2.1 磁浮列车分类及发展现状
• 1.2.2 磁浮列车用直线电机的比较
• 1.3 直线同步电机的发展现状
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 传统电励磁长定子直线同步电机的分析与计算
• 2.1 电励磁长定子直线同步电机结构和原理
• 2.2 磁场分析理论基础
• 2.2.1 电机电磁场有限元分析法
• 2.2.2 有限元分析工具介绍
• 2.3 电机空载磁场有限元分析
• 2.3.1 磁场分析的基本假设
• 2.3.2 分析过程
• 2.3.3 分析结果
• 2.3.4 实验结果对比
• 2.4 本章小结
• 第3章 混合励磁直线同步电机的分析与设计
• 3.1 永磁材料介绍
• 3.1.1 永磁材料性能的主要参数
• 3.1.2 稀土永磁材料钕铁硼
• 3.1.3 使用永磁材料的注意事项
• 3.2 HELSM的设计步骤
• 3.3 永磁体的材料和尺寸
• 3.4 HELSM等效磁路
• 3.5 现有HELSM结构介绍
• 3.6 新型HELSM设计结果
• 3.6.1 HELSM-A结构
• 3.6.2 HELSM-B结构
• 3.7 本章小结
• 第4章 对新型混合励磁直线同步电机的探索
• 4.1 HELSM的有限元模型
• 4.2 HELSM-A分析与结构优化
• 4.2.1 电流变化对悬浮力、推力和空载漏磁系数影响
• 4.2.2 气隙变化对悬浮力的影响
• 4.2.3 结构参数优化
• 4.2.4 结论
• 4.3 HELSM-B分析与结构优化
• 4.3.1 磁场分布情况
• 4.3.2 电流变化对悬浮力和推力的影响
• 4.3.3 气隙变化对悬浮力的影响
• 4.3.4 结构参数优化
• 4.4 几种混合励磁直线电机结构比较分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 新型混合励磁直线同步电机矢量控制
• 5.1 同步电机变频调速控制方法发展
• 5.1.1 他控式变频调速
• 5.1.2 自控式变频控制
• 5.1.3 矢量控制策略
• 5.1.4 直接转矩控制策略
• 5.2 同步电机矢量控制基本原理
• 5.3 HELSM数学模型
• 5.4 HELSM矢量控制系统建模
• 5.4.1 HELSM本体建模
• 5.4.2 电流滞环控制器建模
• 5.4.3 励磁电流控制器建模
• 5.4.4 整体系统模型
• 5.5 仿真结果及其分析
• 5.5.1 仿真结果波形
• 5.5.2 仿真结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢