变磁阻式直线脉冲电动机的研究

简要介绍了变磁阻式直线脉冲电动机(Linear pulse motor—LPM)的结构型式、分类、工作原理及单边平板型LPM利用气隙磁导计算电磁推力的方法．重点分析了LPM静态力移特性、力移特性与气隙磁导的关系及LPM电磁推力的计算．对样机进行了现场测试，相关数据基本与理论设计值相吻合。     

基于漏磁补偿的混合电磁铁磁力修正研究

电磁永磁混合磁铁的悬浮磁力具有强非线性特点,与磁铁结构密切相关,而现有混合磁铁磁力解析计算公式忽略了磁路漏磁等因素影响,在实际计算中存在较大误差. 针对这一问题,建立了两种常用混合磁铁结构的磁路模型,分析了边缘磁通分布、磁路漏磁对磁铁工作磁路的影响,推导了两种混合磁铁的磁路方程及相关磁阻,提出了一种新的混合磁铁磁力修正计算方法,最终通过有限元分析对两种结构的混合磁铁磁力进行了验证. 研究结果表明:由于悬浮气隙较大,电磁永磁混合磁铁在电磁力计算中漏磁影响不能忽略;采用本文磁力修正公式计算,两种混合结构电磁力误差分别降低为3.8%和8.3%.      

新型转子结构的三自由度混合磁轴承损耗分析

为减少六极径向-轴向混合磁轴承（radial-axial hybrid magnetic bearing，RAHBM）高速下转子产生的损耗，提出了一种部分叠片的转子结构. 首先，用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型，依据该模型设计磁轴承结构参数，对不同转子叠片深度下的铁损和悬浮力进行仿真分析，选择叠片深度最优值；然后，在有限元仿真软件中设定转子转速为50000 r/min，向六极RAHMB分别施加径向和轴向最大控制电流，分析磁轴承产生最大承载力情况下实心转子与部分叠片转子的损耗；最后，对部分叠片转子在正弦扰动电流下的涡流损耗和磁滞损耗进行计算和仿真. 研究结果表明:在产生最大承载力条件下，部分叠片转子结构能够将损耗降低69.7%，虽然轴向承载力减小了14.7%，但仍能够满足设计要求；部分叠片转子可将正弦扰动电流下铁损降低55.4%.      

基于RBF近似模型的磁悬浮轴承结构优化设计

主动磁悬浮轴承（active magnetic bearing，AMB）-转子系统中，转子质量分布上的不平衡引起不平衡振动，为提高系统的稳定性、减小转子在一阶弯曲临界转速处的不平衡振动，建立了考虑不平衡力和不平衡磁拉力的磁悬浮柔性转子机电一体化模型，并结合径向基（radial basis function，RBF）神经网络算法，得到转子振幅关于磁悬浮轴承结构参数的近似模型；以振幅最小为目标，通过参数灵敏度分析和多岛遗传算法（multi-island genetic algorithm，MIGA）对磁悬浮轴承进行结构优化设计. 数值仿真结果表明:在一定范围内增大磁悬浮轴承的偏置电流、磁极面积、线圈匝数，减少单边气隙能够增大系统阻尼，可以降低一阶弯曲临界转速处的不平衡振动幅值，优化后不平衡振幅较优化前减少近50%.      

牵引电机悬挂参数对高速列车牵引传动部件振动特性的影响

基于车辆系统动力学理论建立包括柔性齿轮箱体与柔性轮对在内的刚柔耦合动力学模型，应用直接转矩控制理论建立了牵引电机控制模型，利用Simpack与Simulink联合仿真平台建立了机电耦合模型；考虑轮轨激励、车辆结构振动与谐波转矩等因素耦合作用，通过机电联合仿真对牵引传动部件振动特性进行了频谱分析，对牵引电机悬挂节点径向刚度、轴向刚度及阻尼在不同量级区间内的取值进行了研究。分析结果表明：在牵引电机谐波转矩和车轮多边形作用下，高速列车牵引传动部件出现较为明显的高频振动，牵引电机悬挂节点径向刚度为20～30 MN·m^-1时，牵引电机垂向振动达到极小值，齿轮箱体与牵引电机在6倍基波频率及车轮转频处振动加速度较小，且径向刚度较小时车辆安全性指标较优；牵引电机悬挂节点轴向刚度为4～6 MN·m^-1时，齿轮箱体与牵引电机受电机谐波转矩及车轮多边形高频激励的影响较小；牵引电机悬挂节点阻尼为0.1～40.0 kN·s·m^-1时，转向架部件振动有效值较小，阻尼的变化对车辆动力学指标的影响甚微，且车辆安全性及平稳性指标较优。     

单级光伏并网多逆变器系统并联交互影响分析

在弱电网条件下，多逆变器间、多逆变器与电网间的动态交互作用影响着电力系统的电能质量和稳定性，易引发谐波谐振等问题. 为了研究单级光伏并网多逆变器系统的谐波谐振特性，考虑光伏源与系统之间的交互作用，采用模态分析法对谐振问题进行了系统的分析与讨论. 首先，根据三相单级式光伏并网系统结构及控制策略，建立了多逆变器戴维南等效模型；其次，通过构建多逆变器系统节点导纳矩阵，应用了一种能够确定系统谐振频率、谐振中心以及各节点参与程度的模态分析方法，从逆变器台数、外界环境、输电距离3个方面研究了系统谐振特性与变化规律；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平台，通过搭建三相单级式光伏并网多逆变器系统仿真模型，验证了模态分析法的正确性与有效性. 研究结果表明:当逆变器台数增加时，低频谐振频率呈降低趋势，依次为30、27、25次谐波，高频谐振频率为2 230 Hz保持不变；当外界环境温度降低时，低频谐振频率逐渐升高，依次为22、23、24次谐波，高频谐振频率固定约为2 225 Hz；当输电距离增长时，低频与高频谐振频率均逐渐降低且变得接近.      

招弧角电极直流电弧运动特性分析

接地极线路是直流输电系统的重要组成部分，是直流系统不平衡电流和大地回流的入地通道.接地极线路遭遇雷击时，入地电流会在招弧角间隙形成稳定电弧，由于直流电流不存在周期性过零点，直流电弧很难熄灭，进而破坏线路绝缘，严重威胁直流输电系统安全.针对接地极线路招弧角处于野外开放空间、电弧运动受多场耦合影响的特点，建立了招弧角电弧磁流体动力学二维仿真模型，研究气流速度、方向以及招弧角结构对直流电弧运动特性的影响.研究表明：招弧角电极电弧主要受电磁力作用沿电极扩张方向运动，通过吹弧和拉伸，降低电弧温度，提高电弧电压，使电弧更利于熄灭；气流环境对电弧动态特性产生较大影响，同方向风速有利于电弧的吹离和疏导；同等风速下，水平方向气流吹弧效果更显著；电极样式对电弧的拉伸有重要影响，同等间隙距离下，双羊角电极对电弧的拉伸作用比单羊角电极更强；在入地电流持续注入的情况下，电弧易重燃，且难以彻底熄灭.     

基于电磁转矩的城轨列车电机-齿轮传动耦合系统故障诊断方法研究

针对城轨列车电机-齿轮传动系统中电气、机械部分难以耦合而导致各自独立研究问题,综合考虑电机非线性磁导和齿轮时变啮合刚度,建立基于电机等效磁路网络模型(PNM)的城轨列车牵引传动系统机电耦合动力学模型.在此模型上,考虑定子匝间绕组短路故障及鼠笼转子导条断裂故障,求得故障下机电耦合系统的动态响应;基于电磁转矩进行故障诊断,并与矢量控制单电机模型的诊断结果进行对比研究.研究成果表明:在低频域,PNM的电磁转矩频谱比矢量控制单电机模型的频谱在故障频率处幅值更大,更易于识别故障;在高频域,PNM电磁转矩诊断方法能识别到更为明显的电源频率的高次谐波分量,在机电耦合系统的故障诊断中更有优势;基于电磁转矩的故障诊断方法可以有效诊断城轨列车机电耦合系统故障,为无传感器的故障检测技术提供理论支持.     

公铁平层桥梁桥塔遮风效应风洞试验研究

车辆经过桥塔区域时，由于桥塔的遮风效应，其气动荷载会产生突变，且公铁平层桥梁的桥塔由于纵向尺度较大，车辆经过桥塔区域时气动荷载的变化更加剧烈.为明确某公铁平层桥梁上车辆在桥塔区域的气动特性，制作了1/20大比例尺的风洞试验模型；基于优化后的测试系统，测试了车辆通过公铁平层宽幅桥梁桥塔时的气动荷载，研究了车道位置、车辆类型以及桥塔外形对通过桥塔车辆的气动特性的影响.结果表明：越靠近桥塔车道上的车辆，经过桥塔时的横向力系数、摇头力矩系数的突变量更大，正向升力也越大，因而更容易发生侧滑与侧偏；车长对车辆通过桥塔区域的性能有显著影响，长度较小的车辆具有更大的横向力系数突变量，长度较长的车辆具有更大的倾覆力矩系数、摇头力矩系数及点头力矩系数突变量；与矩形截面桥塔相比，带倒角的桥塔使得厢式货车的横向力突变量减小了43.7%，使集装箱车的横向力系数突变量减小了25.8%，且使集装箱车的摇头力矩系数突变量减小了29.2%.     

考虑时间间歇效应的粉土动力特性

列车荷载是揭示路基真实动力响应特性的前提，以往的动三轴试验将列车荷载视为连续动荷载，忽略了追踪列车间隔时间对路基土体动力特性的影响. 利用室内动三轴仪对粉土开展了连续加载和间歇加载（连续加载与间歇交替循环）的动三轴试验，分析了两种加载方式下粉土超孔隙水压力、回弹模量、累积塑性应变等的发展规律. 研究结果表明:持续动荷载作用下累积的超孔隙水压力在间歇阶段会发生消散，轴向应变在间歇阶段得到一定程度恢复，进而提高了试样抵抗变形的能力；室内动三轴试验忽略间歇效应将高估列车动荷载作用下试样超孔压和塑性应变的累积量及发生破坏的可能性；间歇加载下试样的永久变形行为可依据安定理论划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏.      

THE EDDY LOSSES OF A MAGNETIC THRUST BEARING

Accurate calculations of losses associated with the operation of magnetic bearings are particularly important for high speed applications where the rotor losses are expected to be large and for some particular applications where even low power losses will be critical. Power losses in the magnetic thrust bearing is often neglected, but if there is misaligned in the rotor and bearing, the magnetic field in the thrust bearing is no longer axisymmetric one, or the dynamic control current in the winding is time dependent one, eddy currents are caused to flow inside the conducting material, then the power losses are very important for magnetic bearing design. This paper presents an analytical model of a thrust magnetic bearing, and the magnetic fields, forces and losses of thrust magnetic bearing are calculated. In the calculations the frequency of dynamic control current is up to 1 000 Hz, rotating speed is from 60 rpm to 1 200 rpm, and the non-linearity of material is also taken into consideration. The results shows that if the magnetic field is not saturation, the eddy losses is proportional to dynamic control current frequency and a square function of dynamic control current, and also 5/2 power function of shafts speed.     

主动磁悬浮轴承在余热发电机的应用研究

针对传统余热发电设备存在发电效率低、成本高、体积大等问题,设计了一款装备5自由度（5-DOF）主动磁悬浮轴承的余热发电机,用于余热发电有机朗肯循环系统. 首先,基于电机转子轴径限制和最大承载力要求,确定径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承的结构形式,采用一维磁路模型和二维有限元分析,计算并校核磁悬浮轴承的尺寸和性能参数;其次,为保证磁悬浮轴承的稳定裕度,采用三电平PWM功率放大器降低输出电流纹波,利用不完全微分PID控制器和不平衡补偿算法实现5自由度稳定悬浮;最后,将该磁悬浮余热发电机应用到实际客户现场,从稳定裕度、承载力和轴振峰峰值3个维度验证磁悬浮余热发电机的可靠性. 现场试验结果表明:磁悬浮余热发电机系统运行稳定可靠,实现了满功率发电和长期运行考核;在全工况运行范围,磁悬浮轴承系统的灵敏度函数小于12 dB,余热发电机转子振动峰峰值小于53 μm,满足ISO14839-3规定的长期稳定运行要求;轴向承载力最大达到3 600 N,满足实际工况需求.      

Study on lift-up speed of aerodynamic compliant foil thrust bearings

Objective The experimental study on the lift-up speed of a new kind of compliant aerodynamic foil thrust hearings was performed on the multifunetional test rig established for testing the performances of foil gas bearings. Methods The lift-up speed of foil gas thrust hearing under given axial load was analyzed through the spectrum of axial displacement response in frequency domain. Results The test results indicated that the difference in the spectrum of axial displacement responses before and after lifting up of the rotor was obvious. After lifting up of the rotor, there were only larger components of rotation frequency and lower harmanie frequencies. If the rotor wasn＇t lift-up, there were also larger components of other frequencies in the spectrum. Conclusion So by analyzing the spectrum of axial displacement response, the results showed that the lift-up speed was about 1 860 rpm when the axial load was 31N.     

轮缘推进器水润滑橡胶弹支可倾瓦推力轴承均载特性

为了探讨船舶轮缘推进器(RDT)橡胶垫支撑水润滑推力轴承的均载特性,提出了推力轴承均载特性参数测试方法;在多功能立式水润滑试验台上,以用于RDT的内径124 mm、外径196 mm水润滑橡胶垫支撑推力轴承为试验对象,在盘面上选取轴承平均半径的截面,对称布置1个微型压力传感器和1个微型温度传感器,随着轴一起旋转,采用无线...     

磁性液体密封结构中漏磁的研究

为了研究磁性液体密封结构几何参数的变化对漏磁场的影响规律,选取不同的密封间隙、极齿宽度、齿槽宽度、齿槽深度及密封级数建立物理模型,用有限元方法计算各模型的漏磁场.结果表明在密封结构的轴向和径向距离上存在某一临界值,在临界值的两侧,漏磁场磁感应强度随密封结构几种几何参数的变化趋势不同：在轴向距离大于临界值时,轴向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而增大,随级数的增加而减小,随齿宽的增大而减小,随槽宽和槽深的增大而增大;在径向距离小于临界值时,径向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而减小,随级数的增加而增大,随齿宽的增大而增大,随槽宽的增大而增大,随槽深的增大而减小;径向距离大于临界值时的情况与小于临界值时的情况刚好相反.     

磁浮轴承系统的数学模型与控制分析

磁浮轴是一种依赖电磁力支承转子的新型无接触轴承,与传统油润滑轴承相比,具有许多优越性。介绍了磁浮轴承的基本原理和结构,在建立磁浮轴承一对径向定位电磁铁单自由度数学模型的基础上,对该不稳定系统进行了ＰＩＤ补偿控制,研究了控制器参数对系统稳定性的影响。     

轨道交通中的直线感应牵引电机特性分析

阐述了对电机性能影响最大的纵向边缘效应,通过电磁场分析得到该效应对磁场的负面作用,并使用有效初级绕组相感应电势的方式得到等效系数．通过该等效系数将纵向边缘效应考虑到等效电路中去,使考虑纵向边缘效应的电机特性很方便得到计算．实验中分别讨论了电机在不同气隙和供电频率下的推力、法向力、次级功率因数和效率的变化曲线,为直线感应牵引电机的特性分析和在轨道交通中的应用提供了重要方法和依据．     

高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减震研究

为了研究高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减隔震装置的减碰效果,以7跨32 m标准跨径简支梁桥为例,通过试验测定挡块的实际力-变形曲线,并基于SAP2000建立了考虑地震碰撞效应的有限元模型.在此基础之上,分析了轨道系统、挡块-垫石初始间距及挡块钢板厚度对桥梁地震响应的影响,并进一步探讨了橡胶垫层、铅芯橡胶支座（LRB）、摩擦摆支座（FPB）、高阻尼橡胶支座（HDR）及液体粘滞阻尼器的减碰效果. 研究结果表明:轨道系统的约束作用会显著改变各桥跨之间的地震力分配;在所考虑的最大地震激励下,碰撞力峰值达2.18 MN,挡块的非线性效应显著;对于本文算例而言,挡块-垫石间距设为3 cm,挡块钢板厚度取32 mm是一个较为合理的配置;减隔震装置能够有效地改善桥梁结构抗震性能,且其防碰减震效果受地震波频谱特性及自身作用机理的影响,其中,FPB支座具有较强的适用性,且安装FPB支座后各桥跨之间的地震力分配更加均匀.