考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型

电磁悬浮型（electromagnetic suspension,EMS）磁浮列车通过悬浮斩波器调节悬浮电磁铁电流,进而控制悬浮力,使车体稳定悬浮. 悬浮斩波器驱动悬浮电磁铁过程中所产生的电流振铃会增加开关损耗,造成电磁干扰（electromagnetic interference,EMI）,甚至影响悬浮控制效果. 研究悬浮电磁铁电流振铃的产生机理,能为其抑制措施的设计予以指导. 为此,提出了一种考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型. 首先,用策动点函数法推导了悬浮电磁铁导抗函数的一般形式,并结合悬浮电磁铁电流的单位阶跃响应特性确定了其导抗函数的最简表达式以及对应的等效电路模型;接着,用判别式法和仿真法分析了不同电路参数对电流振铃特性的影响;最后,比较了同一悬浮电磁铁电流振铃的仿真和实验波形. 结果表明:在所给参数条件下,实验所得悬浮电磁铁电流纹波幅值、振铃峰峰值和振铃频率分别比仿真结果小9.7%、20%和11%;此外,仿真的电流振铃衰减时间约为1 μs,与实验结果接近;仿真和实验所得悬浮电磁铁电流振铃的幅值、频率和衰减特性均能较好吻合,证明了所提电路模型的正确性.      

用高温超导线圈和常导线圈构成的混合式电磁悬浮系统

常导电磁吸力悬浮系统悬浮气隙小、悬浮功率大,电动斥力悬浮系统不能实现静止悬浮、磁场污染大。由于受电流变化率限制,单独采用高温超导线圈构成的电磁吸力悬浮系统不能实现稳定悬浮。经分析比较,提出了一种用高温超导线圈和常导线圈构成的混合式电磁吸力型悬浮系统方案。采用这种混合式悬浮方案可增大悬浮气隙、实现稳态"零"功率悬浮、减轻车体重量、降低制冷费用、且无磁场污染。     

长初级双边直线感应电机推力输出研究

研究目的:以麦克斯韦微分方程组为基础,结合直线感应电机T型等值电路,分析研究双边直线感应电机在考虑边端效应情况下的电磁推力输出,同时采用有限元计算方法,仿真验证理论计算有效性。计算推导双边直线感应电机数学表达式,并通过具体设计参数建立电机仿真模型,实验分析不同因素下滑差频率控制推力输出,通过对电磁推力输出特性分析研究,实现恒电流滑差频率优化控制。研究结论:(1)通过双边直线感应电机数学模型及等效电路计算各种机械特性,并推导横向和纵向边端效应修正系数,电机高速运动时,边端效应对电磁推力输出影响小;(2)采用电磁场有限元工具软件,建立双边直线感应电机仿真模型,将理论计算与仿真数据进行多次对比分析,理论计算与仿真结果基本吻合,保证数学模型有效性;(3)仿真分析滑差频率、运行速度、气隙,以及动子长度对电磁推力输出的影响,对于不同的运行速率,适当调节滑差频率,可增大电磁推力输出,低速最优滑差值为2 Hz附近,高速最优滑差频率区间为4.0~6.0 Hz,在满足电机在额定条件下,可实现电磁推力最优化控制;(4)双边直线感应电机的分析研究结果对航母舰载机电磁发射系统具有重要指导意义。     

EMS型磁悬浮列车运行阻力计算

就传统的轮机列车和ＥＭＳ型磁悬浮列车运行时所受到的阻力进行了简要分析，着重计算了ＥＭＳ型磁悬浮列车的电磁阻力，并提出了青城山试验示范线磁悬浮列车对直线电机驱动功率的要求。     

电磁型磁浮列车导向方式研究

分析了U型悬浮电磁铁的安装方式，对悬浮模块的悬浮力、导向力及导向刚度进行了计算，最后论证了在中低速磁浮列车中宜采用具有连续结构的电磁铁。     

EMS磁浮列车-轨道垂向耦合动力学研究

建立了ＥＭＳ磁浮列车－轨道垂向耦合动力学模型及方程，编制了系统动力学仿真程序，对于磁浮列车在单跨简支柔性轨道模型下的车－轨耦合振动进行了系统仿真，并对基本车轨参数变化时的响应特征进行了分析比较。     

常导磁悬浮车悬浮电磁铁的电磁场分析

应用电磁场有限元分析方法对“青城山磁悬浮列车运营示范线”中的悬浮电磁铁的启动点与额定点的工况进行精确的计算,并对结果进行分析、比较。结果表明,电磁铁持续工作电流为35A是合理的;X向电磁力在车体转弯或电磁铁有故障时对车子导向有影响;钢轨的局部饱和区应进行结构优化设计。     

级联型H桥整流器电容电压平衡的研究

以电力电子变压器中的前端整流器为研究对象,通过单相级联型H桥整流器的等效模型,采用瞬态直接电流控制,将有功电压分量修正的直流电压平衡方法用于单相级联型H桥整流器中。以7电平级联型H桥整流器为例,在Matlab/Simulink中建立仿真模型,仿真结果表明本文所采用的基于有功电压分量修正的电容电压平衡控制是有效的,并且易于扩展。     

新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向稳定性

针对永磁电动悬浮系统的垂向动态稳定性问题, 研究了永磁电动悬浮系统的临界稳定特性; 提出了一种永磁铁加常导线圈混合构成的新型Halbach阵列, 通过在永磁体表面缠绕有源常导线圈, 实现了永磁电动悬浮系统阻尼的主动控制, 并对比了新型Halbach阵列与其他2种主动电磁阻尼控制方案; 建立了新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向动力学模型, 并采用经典PID闭环控制方法设计了悬浮控制器, 分别在无外界干扰、外界扰动力干扰和轨道不平顺干扰3种情况下仿真分析了该系统的垂向动态稳定性。研究结果表明: 永磁电动悬浮系统在扰动力作用下将进行等幅震荡而不能稳定悬浮, 连续扰动力干扰下甚至可能撞轨; 提出的新型Halbach阵列具有磁场耦合计算方便、力调节范围大的优点; 设计的悬浮控制器能使系统稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 且线圈电流为0, 不产生损耗, 仿真分析所得系统悬浮气隙和线圈电流与理论分析结果的相对误差小于0.01%;当出现轨道不平顺干扰时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流仍为0, 实现了永磁电动悬浮系统的零功率平衡; 当外界扰动力为±1 500 N时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流分别为29.68和-30.40 A, 表明新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统能够实现垂向动态稳定。      

高速常导磁浮列车直线电机系统模拟试验台发电特性研究

高速常导磁浮列车中的直线同步电机系统是集列车悬浮、牵引、导向及发电功能于一体的核心系统.本文详细介绍了该系统旋转模拟试验台的设计思路及结构特点,并利用有限元分析软件对其额定运行点进行了二维电磁场分析.给出了气隙磁场空间分布图,分析了该系统直线发电机的工作机理,重点计算了试验台额定运行时直线发电机的各条发电支路的磁通变化规律及相应的发电特性.对发电特性的波形、交变频率、感应电势幅值、相邻2条支路的发电特性间的相位差进行了分析,确定了试验台结构参数与其相互关系.对试验台进行的一系列试验结果证实了理论分析所得结论.由此确定了高速常导磁浮列车实际运行时,车载直线发电机的发电情况及其特点.