中速磁浮列車牽引電機及供電方案分析.pdf

1、目前，城市規(guī)模不斷擴大，交通運輸需求激增，發(fā)展城市軌道交通是解決這一問題的有效途徑。本文研究的時速200km/h的中速磁浮列車是一種新型的軌道交通工具。中速磁浮列車牽引系統(tǒng)的核心部件是Halbach結(jié)構(gòu)空心式永磁直線同步牽引電機。本文對該種新型結(jié)構(gòu)的牽引電機特性及供電方案進行分析，具體主要從以下幾方面進行了研究。
　　1.基于解析計算法，通過永磁體等效面電流模型、麥克斯韋電磁方程分析了Halbach結(jié)構(gòu)空心式永磁直線同步電機一對極

2、范圍內(nèi)電樞磁場、勵磁磁場分布。研究了氣隙磁通密度幅值及其諧波畸變率隨永磁體尺寸、氣隙長度變化的規(guī)律。分析了永磁勵磁磁場在電機氣隙中的動態(tài)分布，計算了在永磁勵磁磁場作用下，三相交流繞組中感應產(chǎn)生的三相反電勢。建立了長定子永磁直線同步電機穩(wěn)態(tài)等效電路，對等效電路中的電磁參數(shù)進行了解析計算。
　　2.基于有限元法，采用Ansoft Maxwell仿真軟件建立了一臺單元電機的2D全尺寸仿真模型，分析了一臺單元電機的內(nèi)部電磁場分布，以驗證磁

3、場解析計算的正確性。研究了牽引力與法向力的功角特性，并分析了定子電流、氣隙長度對牽引力和法向力的影響。研究了交直軸電感計算方法，及其隨定子電流、氣隙長度變化的規(guī)律。研究了次級采用不同動子極距時，牽引力和法向力的變化情況。最后建立牽引電機3D仿真模型，分析水平彎道段電機初、次級之間發(fā)生錯位時，牽引力與法向力的變化情況。
　　3.從長定子直線電機和牽引變電所變流器單元變壓變頻原理出發(fā)，對長定子直線同步電機牽引供電方案做了初步研究。分析

4、了高速磁浮列車TR08用長定子直線同步電機供電方式。設(shè)計了中速磁浮列車牽引供電系統(tǒng)方案圖、牽引變電所布點位置。最后研究了牽引變電所容量計算方法，包括定子供電頻率與定子端電壓之間的對應關(guān)系、長定子電機驅(qū)動功率、饋電電纜區(qū)間損耗、牽引變流器容量。
　　通過以上對Halbach結(jié)構(gòu)空心式永磁直線同步電機的分析，對該電機的磁場特性、電磁力特性、電磁參數(shù)、牽引供電有了較為全面深刻的理解，為下一步電機控制奠定基礎(chǔ)。
　　目前，城市規(guī)模不

5、斷擴大，交通運輸需求激增，發(fā)展城市軌道交通是解決這一問題的有效途徑。本文研究的時速200km/h的中速磁浮列車是一種新型的軌道交通工具。中速磁浮列車牽引系統(tǒng)的核心部件是Halbach結(jié)構(gòu)空心式永磁直線同步牽引電機。本文對該種新型結(jié)構(gòu)的牽引電機特性及供電方案進行分析，具體主要從以下幾方面進行了研究。
　　1.基于解析計算法，通過永磁體等效面電流模型、麥克斯韋電磁方程分析了Halbach結(jié)構(gòu)空心式永磁直線同步電機一對極范圍內(nèi)電樞磁場、

6、勵磁磁場分布。研究了氣隙磁通密度幅值及其諧波畸變率隨永磁體尺寸、氣隙長度變化的規(guī)律。分析了永磁勵磁磁場在電機氣隙中的動態(tài)分布，計算了在永磁勵磁磁場作用下，三相交流繞組中感應產(chǎn)生的三相反電勢。建立了長定子永磁直線同步電機穩(wěn)態(tài)等效電路，對等效電路中的電磁參數(shù)進行了解析計算。
　　2.基于有限元法，采用Ansoft Maxwell仿真軟件建立了一臺單元電機的2D全尺寸仿真模型，分析了一臺單元電機的內(nèi)部電磁場分布，以驗證磁場解析計算的正確

7、性。研究了牽引力與法向力的功角特性，并分析了定子電流、氣隙長度對牽引力和法向力的影響。研究了交直軸電感計算方法，及其隨定子電流、氣隙長度變化的規(guī)律。研究了次級采用不同動子極距時，牽引力和法向力的變化情況。最后建立牽引電機3D仿真模型，分析水平彎道段電機初、次級之間發(fā)生錯位時，牽引力與法向力的變化情況。
　　3.從長定子直線電機和牽引變電所變流器單元變壓變頻原理出發(fā)，對長定子直線同步電機牽引供電方案做了初步研究。分析了高速磁浮列車T