高温超导磁浮车中永磁直线电机的设计与优化
发布时间：2022-02-18 18:48
高温超导磁悬浮是一个无源自稳定系统,只需简单的控制就能产生稳定的悬浮力和导向力,具有运行可靠性高、结构简单、体积小等优点,在轨道交通领域有广阔的应用前景。永磁直线同步电机因其效率和推力密度高、可控性好等优点适用于高速场合,将永磁直线同步电机应用于高温超导磁悬浮以实现列车高速驱动具有深远的研究意义。本文首先采用曲线拟合法和分段近似法求解列车的非线性运动模型,计算出不同运行状态下列车的速度和加速度,模拟了磁浮列车运行特性。同时结合列车的运行阻力和加速过程,分析了列车运行时需要的推力,简化了列车运动模型,为磁浮列车中直线电机的设计奠定基础。其次,采用电枢绕组等效面电流法和永磁体等效磁化强度法,将永磁直线电机模型分层,建立电枢绕组、永磁体和气隙区域的泊松方程,并利用边界条件推导出无槽电枢反应和永磁体励磁作用下的磁场解析模型;将其与有限元MAXWELL的仿真结果对比,验证了解析磁场的正确性。针对高温超导磁浮列车的系统需求,同时基于传统旋转电机和直线电机的结构设计方法,对永磁同步直线电机的参数进行了详细的设计;设计了一台满足高温超导磁浮系统需求的大功率直线电机,并对其电参数与性能指标进行分析,结果...
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高温超导磁悬浮研究现状
1.2.1 磁悬浮技术发展概述
1.2.2 高温超导磁悬浮的发展
1.3 永磁同步直线电机推力波动概述
1.4 本文主要研究内容与章节安排
第2章 磁浮列车动力学特性
2.1 高速磁浮列车运行的基本阻力
2.1.1 磁浮列车运行的计算模型
2.1.2 高速磁浮列车运行基本阻力
2.2 磁浮列车纵向动力学特性
2.2.1 列车加速时动力学特性
2.2.2 列车匀速时动力学特性
2.2.3 列车减速时动力学特性
2.3 高速列车制动系统特性
2.3.1 磁浮列车制动简述
2.3.2 列车紧急制动时受力分析
2.3.3 列车安全速度防护曲线
2.4 本章小结
第3章 HTS磁浮中永磁直线电机的设计
3.1 高温超导磁悬浮与直线推进系统模型
3.2 永磁同步直线电机磁场分析
3.2.1 无槽电枢反应磁场
3.2.2 无槽永磁体励磁磁场
3.3 电机参数设计
3.3.1 系统需求
3.3.2 主要尺寸设计
3.3.3 永磁体尺寸设计
3.3.4 其余参数设计
3.4 直线电机电磁参数计算
3.4.1 绕组电阻
3.4.2 主电抗
3.4.3 漏电抗
3.5 电机性能校核
3.5.1 空载反电势
3.5.2 功率因数
3.5.3 效率
3.6 本章小结
第4章 基于结构优化的推力波动抑制技术研究
4.1 磁浮列车推力波动的主要影响因素
4.1.1 直线电机推力波动的原因分析
4.1.2 抑制推力波动的设计方法
4.2 参数变化对电机性能影响的分析
4.2.1 极弧系数对电机性能的影响
4.2.2 永磁体磁化长度对电机性能的影响
4.2.3 定子槽宽对电机性能的影响
4.3 绕组型式和节距对推力波动的影响
4.3.1 绕组排布结构原理
4.3.2 绕组结构对推力波动的影响的有限元分析
4.4 基于分数槽理论的不等极距结构抑制推力波动
4.4.1 分数槽绕组基本理论
4.4.2 不等极距对谐波电势的影响
4.4.3 不等极距对齿槽力的影响
4.4.4 不等极距结构的有限元仿真验证
4.4.5 不等极距结构的动子极距选取方法
4.5 定子齿开辅助槽对电机齿槽转矩的影响
4.5.1 齿槽转矩的解析表达式
4.5.2 辅助槽尺寸对齿槽力的影响
4.5.3 辅助槽型对齿槽力的影响
4.6 本章小结
第5章 样机平台的搭建和实验研究
5.1 样机设计及仿真
5.1.1 设计目标
5.1.2 尺寸参数确定
5.2 控制系统平台设计
5.2.1 母线电压采集电路
5.2.2 相电流检测电路
5.2.3 位置检测电路
5.3 样机实验平台搭建及实验
5.3.1 样机实验平台搭建
5.3.2 实验结果分析
5.4 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温超导磁浮车中直线电机的设计与优化[J]. 陆可,吴梦颖,何一鸿,杨旭. 低温物理学报. 2018(04)
[2]基于磁场强度的高温超导磁悬浮轴承数值仿真方法[J]. 杨文姣,刘坤,马光同. 低温物理学报. 2017(05)
[3]中低速磁浮交通多车协同利用制动能量的研究[J]. 矫岩峻,刘思恺,马啸,刘少克. 机车电传动. 2017(04)
[4]一种行波磁场中高温超导块材的电磁-热仿真方法（英文）[J]. 龚天勇,彭勇,叶常青,马光同. 低温物理学报. 2017(03)
[5]高温超导磁悬浮轴承的发展现状及前景[J]. 许吉敏,张飞,金英泽,张帆,袁小阳. 中国材料进展. 2017(05)
[6]中低速磁浮列车制动系统设计与研究[J]. 蒋廉华,唐亮,曾春军,武小平. 电力机车与城轨车辆. 2017(03)
[7]考虑端部效应的永磁直线电机等效磁路模型[J]. 李斌,宋双利,李桂丹. 电力系统及其自动化学报. 2017(05)
[8]超导磁悬浮的研发及将其技术用于常规铁路系统的研究[J]. Ken NAGASHIMA,周贤全. 国外铁道车辆. 2017(02)
[9]定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响[J]. 古海江,黄文美,王超,高嘉伟. 电机与控制应用. 2016(08)
[10]面向舰载机电磁弹射器的双边直线感应电机研究[J]. 刘希军,张昆仑,刘国清. 系统仿真学报. 2016(04)
博士论文
[1]精密运动平台用永磁直线同步电机的磁场分析与电磁力研究[D]. 唐勇斌.哈尔滨工业大学 2014
[2]永磁同步直线电机推力波动的优化设计研究[D]. 程远雄.华中科技大学 2011
[3]高速磁浮列车波动特性及其抑制技术研究[D]. 潘孟春.国防科学技术大学 2009
[4]高速磁浮列车最优速度曲线及其跟踪控制研究[D]. 杨光.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]面向电磁推进的多相永磁直线电机设计及其控制[D]. 谢建隆.西南交通大学 2018
[2]城际列车ATP曲线对通过能力的影响研究[D]. 曾庆晖.兰州交通大学 2015
[3]中低速磁浮列车再生制动及运行能耗仿真[D]. 安邦.国防科学技术大学 2014
[4]车载双凸极无刷直流发电机及其控制策略的研究[D]. 张慧.东北大学 2013
[5]电动观光车用直流牵引电机设计[D]. 徐晓敏.华中科技大学 2008
[6]高速磁浮列车安全速度曲线算法及紧急制动控制研究[D]. 刘智勇.浙江大学 2004
本文编号：3631363
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高温超导磁悬浮研究现状
1.2.1 磁悬浮技术发展概述
1.2.2 高温超导磁悬浮的发展
1.3 永磁同步直线电机推力波动概述
1.4 本文主要研究内容与章节安排
第2章 磁浮列车动力学特性
2.1 高速磁浮列车运行的基本阻力
2.1.1 磁浮列车运行的计算模型
2.1.2 高速磁浮列车运行基本阻力
2.2 磁浮列车纵向动力学特性
2.2.1 列车加速时动力学特性
2.2.2 列车匀速时动力学特性
2.2.3 列车减速时动力学特性
2.3 高速列车制动系统特性
2.3.1 磁浮列车制动简述
2.3.2 列车紧急制动时受力分析
2.3.3 列车安全速度防护曲线
2.4 本章小结
第3章 HTS磁浮中永磁直线电机的设计
3.1 高温超导磁悬浮与直线推进系统模型
3.2 永磁同步直线电机磁场分析
3.2.1 无槽电枢反应磁场
3.2.2 无槽永磁体励磁磁场
3.3 电机参数设计
3.3.1 系统需求
3.3.2 主要尺寸设计
3.3.3 永磁体尺寸设计
3.3.4 其余参数设计
3.4 直线电机电磁参数计算
3.4.1 绕组电阻
3.4.2 主电抗
3.4.3 漏电抗
3.5 电机性能校核
3.5.1 空载反电势
3.5.2 功率因数
3.5.3 效率
3.6 本章小结
第4章 基于结构优化的推力波动抑制技术研究
4.1 磁浮列车推力波动的主要影响因素
4.1.1 直线电机推力波动的原因分析
4.1.2 抑制推力波动的设计方法
4.2 参数变化对电机性能影响的分析
4.2.1 极弧系数对电机性能的影响
4.2.2 永磁体磁化长度对电机性能的影响
4.2.3 定子槽宽对电机性能的影响
4.3 绕组型式和节距对推力波动的影响
4.3.1 绕组排布结构原理
4.3.2 绕组结构对推力波动的影响的有限元分析
4.4 基于分数槽理论的不等极距结构抑制推力波动
4.4.1 分数槽绕组基本理论
4.4.2 不等极距对谐波电势的影响
4.4.3 不等极距对齿槽力的影响
4.4.4 不等极距结构的有限元仿真验证
4.4.5 不等极距结构的动子极距选取方法
4.5 定子齿开辅助槽对电机齿槽转矩的影响
4.5.1 齿槽转矩的解析表达式
4.5.2 辅助槽尺寸对齿槽力的影响
4.5.3 辅助槽型对齿槽力的影响
4.6 本章小结
第5章 样机平台的搭建和实验研究
5.1 样机设计及仿真
5.1.1 设计目标
5.1.2 尺寸参数确定
5.2 控制系统平台设计
5.2.1 母线电压采集电路
5.2.2 相电流检测电路
5.2.3 位置检测电路
5.3 样机实验平台搭建及实验
5.3.1 样机实验平台搭建
5.3.2 实验结果分析
5.4 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温超导磁浮车中直线电机的设计与优化[J]. 陆可,吴梦颖,何一鸿,杨旭. 低温物理学报. 2018(04)
[2]基于磁场强度的高温超导磁悬浮轴承数值仿真方法[J]. 杨文姣,刘坤,马光同. 低温物理学报. 2017(05)
[3]中低速磁浮交通多车协同利用制动能量的研究[J]. 矫岩峻,刘思恺,马啸,刘少克. 机车电传动. 2017(04)
[4]一种行波磁场中高温超导块材的电磁-热仿真方法（英文）[J]. 龚天勇,彭勇,叶常青,马光同. 低温物理学报. 2017(03)
[5]高温超导磁悬浮轴承的发展现状及前景[J]. 许吉敏,张飞,金英泽,张帆,袁小阳. 中国材料进展. 2017(05)
[6]中低速磁浮列车制动系统设计与研究[J]. 蒋廉华,唐亮,曾春军,武小平. 电力机车与城轨车辆. 2017(03)
[7]考虑端部效应的永磁直线电机等效磁路模型[J]. 李斌,宋双利,李桂丹. 电力系统及其自动化学报. 2017(05)
[8]超导磁悬浮的研发及将其技术用于常规铁路系统的研究[J]. Ken NAGASHIMA,周贤全. 国外铁道车辆. 2017(02)
[9]定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响[J]. 古海江,黄文美,王超,高嘉伟. 电机与控制应用. 2016(08)
[10]面向舰载机电磁弹射器的双边直线感应电机研究[J]. 刘希军,张昆仑,刘国清. 系统仿真学报. 2016(04)
博士论文
[1]精密运动平台用永磁直线同步电机的磁场分析与电磁力研究[D]. 唐勇斌.哈尔滨工业大学 2014
[2]永磁同步直线电机推力波动的优化设计研究[D]. 程远雄.华中科技大学 2011
[3]高速磁浮列车波动特性及其抑制技术研究[D]. 潘孟春.国防科学技术大学 2009
[4]高速磁浮列车最优速度曲线及其跟踪控制研究[D]. 杨光.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]面向电磁推进的多相永磁直线电机设计及其控制[D]. 谢建隆.西南交通大学 2018
[2]城际列车ATP曲线对通过能力的影响研究[D]. 曾庆晖.兰州交通大学 2015
[3]中低速磁浮列车再生制动及运行能耗仿真[D]. 安邦.国防科学技术大学 2014
[4]车载双凸极无刷直流发电机及其控制策略的研究[D]. 张慧.东北大学 2013
[5]电动观光车用直流牵引电机设计[D]. 徐晓敏.华中科技大学 2008
[6]高速磁浮列车安全速度曲线算法及紧急制动控制研究[D]. 刘智勇.浙江大学 2004
本文编号：3631363
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3631363.html
