卧龙磁浮试验线驱动电机及其变频控制系统设计

论文摘要

随着我国经济的持续快速发展,现今到未来的数十年,我国将持续产生大量的高速客运交通需求,交通问题日益严峻。高速磁浮系统以其具有的无接触运行、速度高、启动快、能耗低、环境影响小等诸多优点,成为大城市间往来交通工具的一种较好的选择。上海磁浮示范线的成功运营,让人们实际体验到高速磁浮列车的优越性,看到了磁浮列车广泛的发展前景。磁浮交通技术的国产化课题也摆到了我国科研人员面前。本课题是浙江大学电气工程学院与浙江卧龙集团合作的磁浮列车试验线项目。本课题以上海磁浮示范线线为原型,研究的重点是卧龙磁浮列车试验线的牵引供电系统。牵引供电技术是磁浮交通的一项关键技术,为磁浮列车提供运行时所需要的动力。本文结合课题,对磁浮列车的驱动电机（长定子直线同步电机）磁路进行了有限元分析,并设计了电机的变频控制系统。主要研究内容如下:（1）对应用于高速磁浮系统的长定子直线同步电机进行了研究。对长定子直线同步电机磁路进行了有限元分析,为电机设计提供依据。（2）阐述了磁浮列车牵引供电的原理及其作用,设计了卧龙磁浮列车试验台牵引供电系统及其硬件电路;（3）结合课题设计了磁浮列车试验线的牵引供电系统,同时组建了以S7-400为核心的单主站PROFIBUS通信系统,实现了磁浮列车的自动化控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 长定子直线同步电机概述
• 1.2.1 工作原理
• 1.2.2 结构特点
• 1.3 磁悬浮列车概述
• 1.3.1 磁浮列车交通技术的发展
• 1.3.2 磁浮列车的优点
• 1.3.3 磁浮列车类型及驱动方式
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 卧龙磁浮试验线用长定子直线同步电机有限元分析
• 2.1 电机电磁场的有限元法
• 2.1.1 电机电磁场的数理基础
• 2.1.2 有限元法概述
• 2.1.3 商用有限元软件的介绍
• 2.2 有限元软件Ansoft Maxwell 2D/3D
• 2.2.1 软件介绍
• 2.2.2 Ansoft Maxwell 2D/3D软件与电磁场分析
• 2.3 基于Ansoft Maxwell 2D的有限元分析
• 2.3.1 电机气隙静磁场的分析
• 2.3.2 电机的瞬态场分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 磁浮列车牵引供电系统概述
• 3.1 磁浮列车牵引驱动的原理
• 3.2 牵引供电系统在磁浮交通系统中的作用
• 3.3 长定子供电
• 3.3.1 长定子分段供电的必要性
• 3.3.2 长定子换步方法
• 3.3.3 长定子的供电方式
• 3.4 轨旁设备
• 3.5 牵引系统
• 3.6 本章小结
• 第四章 卧龙磁浮试验线牵引供电系统的硬件设计及设备选型
• 4.1 卧龙磁浮列车试验线概述
• 4.2 卧龙磁浮试验线线牵引供电系统硬件设计
• 4.2.1 长定子直线同步电机及供电方式
• 4.2.2 变频器
• 4.2.3 切换开关
• 4.2.4 运行控制系统核心S7-400 PLC
• 4.2.5 位置检测开关
• 4.3 本章小结
• 第五章 卧龙磁浮试验线牵引供电系统的现场总线实现
• 5.1 现场总线技术概述
• 5.2 PROFIBUS现场总线
• 5.2.1 协议结构
• 5.2.2 传输介质
• 5.2.3 总线存取协议
• 5.3 MicroMaster430通过PROFIBUS总线与S7-400 PLC通信
• 5.3.1 MicroMaster430的通信接口选择
• 5.3.2 S7-400的通信方式
• 5.3.3 MicroMaster430与S7-400 PLC的通信协议
• 5.4 PFOFIBUS通信程序的编写
• 5.4.1 系统功能SFC14/15
• 5.4.2 对PZD区及PKW区编程
• 5.5 卧龙磁浮试验线调试及试验结果分析
• 5.5.1 卧龙磁浮试验线试验平台
• 5.5.2 卧龙磁浮试验线系统联合调试
• 5.5.3 调试过程中的问题及解决方法
• 5.5.4 系统联合调试的结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢