EMS型磁浮列车牵引特性分析

论文摘要

本文针对EMS型高速磁浮列车用长定子直线同步电机的特点，对该直线同步电机的内部电磁性能、驱动特性，以及无速度传感器驱动控制系统和故障状态下定动子的电流变化情况进行了详细的分析。首先，基于解析计算的方法对磁浮列车用直线同步电机的内部电磁场分布、该电机的电参数和一个电周期内驱动力和悬浮力的变化情况进行了分析，在分析和计算的过程中得出了一些有价值的结论。再者，为了验证解析计算结果的正确性又建立了一个电磁悬浮模块的ANSYS分析模型，用有限元法对磁浮列车用直线同步电机的内部电磁场分布情况和该电机的驱动力、悬浮力的变化情况再次进行了分析。对两种方法计算得到的结果进行对比，发现两者的结果很好地吻合，这说明了所得出的磁浮列车用直线同步电机电参数及其驱动力和悬浮力计算的正确性，也说明了所建立的ANSYS分析模型的正确性。接着，建立了不同情况下的多个ANSYS分析模型，对不同情况进行分析，并对分析出的数据结果进行后处理，得到了磁浮列车用直线同步电机电感参数、电枢绕组感应电动势、励磁绕组感应电动势和直线发电机绕组感应电动势，随磁浮列车悬浮间隙长度、定动子电流大小、磁浮列车动子励磁磁极位移变化的结果；并且把电机内部结构作为一个黑匣子分析得到了从输入变量(包括磁浮列车的悬浮间隙长度、定动子电流大小、励磁磁极位移等变量)到输出变量(包括驱动力和悬浮力)的数学模型。最后，基于解析计算和ANSYS模型分析结果所得出的磁浮列车用直线同步电机的电感参数，利用转子磁场定向控制和矢量控制算法建立了磁浮列车的驱动控制模型。在分析几种无速度传感器控制算法优缺点的基础上，提出采用高频电压信号注入法来估算高速磁浮列车位置和速度信号的方法，并对系统进行仿真，仿真结果证实了此种方法的有效性。文中最后还对磁浮列车用直线同步电机定子三相电枢绕组发生短路情况下，列车不同编组数和不同速度时的定动子电流变化情况进行了分析，分析所得出的结果对与定、动子绕组相联的电器设备的选型可提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 磁浮列车的分类及世界各国的研究状况
• 1.3 直线同步电机的分类与相关研究方法
• 1.3.1 直线同步电机的分类
• 1.3.2 直线同步电机的相关研究方法
• 1.4 直线同步电机的无速度传感器控制方法
• 1.5 本文的主要研究内容
• 1.6 本文的独创性
• 1.7 小结
• 第二章 基于解析法磁浮列车用直线同步电机牵引特性分析
• 2.1 长定子直线同步电机的结构和运行原理
• 2.1.1 磁浮列车的构成
• 2.1.2 磁浮列车的牵引和悬浮控制原理
• 2.2 直线同步电机导磁系数的计算
• 2.3 定动子磁动势分布函数
• 2.3.1 定子磁动势分布函数
• 2.3.2 动子磁动势分布函数
• 2.4 空气隙磁通密度的计算
• 2.5 驱动力和悬浮力的计算
• 2.5.1 基于磁动势和磁通密度的驱动力计算
• 2.5.2 基于磁通密度的悬浮力的计算
• 2.6 磁浮列车用直线同步电机相关参数的计算
• 2.6.1 交直轴主电感和主漏电感的计算
• 2.6.2 定动子绕组电阻的计算
• 2.7 小结
• 第三章 基于有限元法磁浮列车直线同步电机牵引特性分析
• 3.1 有限元法
• 3.2 不同定动子极距时的驱动力和悬浮力
• 3.3 悬浮间隙中磁通密度的分布
• 3.4 电机电参数的分析计算
• 3.4.1 交轴电感分析计算
• 3.4.2 直轴电感分析计算
• 3.4.3 定动子之间互感的分析计算
• 3.5 感应电动势的分析计算
• 3.5.1 电枢绕组感应电动势的分析计算
• 3.5.2 励磁绕组感应电动势的分析计算
• 3.5.3 直线发电机感应电动的分析计算
• 3.6 无列车覆盖的定子段部分的分析计算
• 3.7 驱动力和悬浮力模型的建立
• 3.8 小结
• 第四章 磁浮列车用直线同步电机无速度传感器控制研究
• 4.1 磁浮列车用直线同步电机（LSM）的数学模型
• 4.1.1 直线同步电机数学模型的建立
• 4.1.2 磁浮列车运行过程中所受的阻力
• 4.2 磁浮列车用直线同步电机（LSM）控制策略的选择
• 4.3 磁浮列车用直线同步电机位置和速度信号的获取
• 4.4 基于高频信号注入法的磁浮列车速度和位置估计
• 4.4.1 高频信号注入法的分类和应用条件
• 4.4.2 旋转高频电压信号注入法
• 4.4.3 凸极追踪自检测原理
• 4.4.4 基于高频电压信号注入法的磁浮列车位置和速度检测
• 4.5 小结
• 第五章 磁浮列车定子绕组内部故障时瞬态过程的分析
• 5.1 基于标么值系统的LSM等值电路及运算电抗
• am标么值系统中变量的标么值'>5.1.1 X_am标么值系统中变量的标么值
• 5.1.2 同步直线电机等值电路及运算电抗
• 5.2 电机绕组短路时定动子电流瞬变过程的分析
• 5.2.1 三相绕组短路时电枢电流瞬变过程的分析
• 5.2.2 电机绕组短路时励磁电流瞬变过程的分析
• 5.3 列车不同编组数时定动子电流的瞬态分析
• 5.4 列车不同速度时定动子电流的瞬态分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本论文的总结
• 6.2 研究展望
• 6.3 小结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表（录用）的学术论文
• 致谢