直线同步电机的特性研究

我国幅员辽阔,随着社会与经济的发展,对交通运输不断提出新的要求,尤其对中长距离交通运输的要求更迫切,具有高速、舒适、安全、环保等优点的高速磁悬浮列车非常适合我国国情。为此,我国引进了德国磁悬浮技术在上海建造了世界上首条商业运行的磁悬浮系统,借此来推动磁悬浮技术在我国的发展。长定子直线同步电机是磁悬浮列车的核心技术之一,了解掌握它的特性,对于我国早日实现磁悬浮列车系统国产化具有非常重要的意义。 除了对现有结构的长定子直线同步电机进行研究外,还需要发展创新电机结构,减轻车辆电源的重量,提高车辆的悬浮力,发展具有我国自主知识产权的长定子直线电机结构类型。本论文提出将高磁能积的永磁体引入到励磁磁极上,并同时保留原来的电励磁绕组,形成新型的混合励磁直线同步电机,研究内容具有很重要的现实意义与学术价值。 本文主要开展了以下几个方面的工作: 第一章,阐述了课题背景与选题意义,详细介绍了直线电机驱动磁悬浮列车的类型、发展与现状,接着陈述了直线同步电机工作原理、结构形式、应用、发展趋势及研究现状,尤其详细说明了长定子直线同步电机和新型混合励磁直线同步电机。 第二章,简要介绍TR08磁悬浮列车驱动系统长定子直线同步电机的结构及供电系统,总结了它的等效电路与电磁设计方法,在此基础上计算分析了TR08列车用长定子直线同步电机的特性,为长定子直线同步电机的设计与分析打下了基础。 第三章,基于有限元数值分析的方法,对长定子直线同步电机建立了一个磁极模块下的参数化模型,详细分析了气隙磁场,在此基础上研究了推力、悬浮力与气隙长度、电枢（定子）电流、励磁电流之间的关系,掌握了它的力特性;然后研究了磁极（动子）不同极距的影响并计算了电磁参数。 第四章,针对现代直线电机发展的趋势及现有长定子直线同步电机的不足,提出了在现有长定子直线同步电机结构中引入永磁体,形成两种新型的混合励磁直线同步电机,然后采用新的自适应变异粒子群优化算法（AMPSO）改善现有混合励磁直线同步电机设计方案,提高单位电枢电流的推力。 第五章,基于有限元数值分析的方法,研究混合励磁直线同步电机的气隙磁场,证明该新型电机的磁场调节灵活方便。基于虚位移法计算电机的推力与法向力,并研究永磁体尺寸对力特性的影响。 第六章,基于d-q状态方程,建立混合励磁直线同步电机的动态数学模型,重点推导出推力、法向力与永磁体、电励磁电流之间的关系,研究分析了电枢直轴电流id=0控制的优点与实现方法。