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原文传递中速磁浮列车牵引电机及供电方案分析

论文题名：	中速磁浮列车牵引电机及供电方案分析
关键词：	中速磁浮列车;永磁同步电机;牵引供电;励磁磁场;有限元计算
摘要：	目前，城市规模不断扩大，交通运输需求激增，发展城市轨道交通是解决这一问题的有效途径。本文研究的时速200km/h的中速磁浮列车是一种新型的轨道交通工具。中速磁浮列车牵引系统的核心部件是Halbach结构空心式永磁直线同步牵引电机。本文对该种新型结构的牵引电机特性及供电方案进行分析，具体主要从以下几方面进行了研究。　　1.基于解析计算法，通过永磁体等效面电流模型、麦克斯韦电磁方程分析了Halbach结构空心式永磁直线同步电机一对极范围内电枢磁场、励磁磁场分布。研究了气隙磁通密度幅值及其谐波畸变率随永磁体尺寸、气隙长度变化的规律。分析了永磁励磁磁场在电机气隙中的动态分布，计算了在永磁励磁磁场作用下，三相交流绕组中感应产生的三相反电势。建立了长定子永磁直线同步电机稳态等效电路，对等效电路中的电磁参数进行了解析计算。　　2.基于有限元法，采用Ansoft Maxwell仿真软件建立了一台单元电机的2D全尺寸仿真模型，分析了一台单元电机的内部电磁场分布，以验证磁场解析计算的正确性。研究了牵引力与法向力的功角特性，并分析了定子电流、气隙长度对牵引力和法向力的影响。研究了交直轴电感计算方法，及其随定子电流、气隙长度变化的规律。研究了次级采用不同动子极距时，牵引力和法向力的变化情况。最后建立牵引电机3D仿真模型，分析水平弯道段电机初、次级之间发生错位时，牵引力与法向力的变化情况。　　3.从长定子直线电机和牵引变电所变流器单元变压变频原理出发，对长定子直线同步电机牵引供电方案做了初步研究。分析了高速磁浮列车TR08用长定子直线同步电机供电方式。设计了中速磁浮列车牵引供电系统方案图、牵引变电所布点位置。最后研究了牵引变电所容量计算方法，包括定子供电频率与定子端电压之间的对应关系、长定子电机驱动功率、馈电电缆区间损耗、牵引变流器容量。　　通过以上对Halbach结构空心式永磁直线同步电机的分析，对该电机的磁场特性、电磁力特性、电磁参数、牵引供电有了较为全面深刻的理解，为下一步电机控制奠定基础。　　目前，城市规模不断扩大，交通运输需求激增，发展城市轨道交通是解决这一问题的有效途径。本文研究的时速200km/h的中速磁浮列车是一种新型的轨道交通工具。中速磁浮列车牵引系统的核心部件是Halbach结构空心式永磁直线同步牵引电机。本文对该种新型结构的牵引电机特性及供电方案进行分析，具体主要从以下几方面进行了研究。　　1.基于解析计算法，通过永磁体等效面电流模型、麦克斯韦电磁方程分析了Halbach结构空心式永磁直线同步电机一对极范围内电枢磁场、励磁磁场分布。研究了气隙磁通密度幅值及其谐波畸变率随永磁体尺寸、气隙长度变化的规律。分析了永磁励磁磁场在电机气隙中的动态分布，计算了在永磁励磁磁场作用下，三相交流绕组中感应产生的三相反电势。建立了长定子永磁直线同步电机稳态等效电路，对等效电路中的电磁参数进行了解析计算。　　2.基于有限元法，采用Ansoft Maxwell仿真软件建立了一台单元电机的2D全尺寸仿真模型，分析了一台单元电机的内部电磁场分布，以验证磁场解析计算的正确性。研究了牵引力与法向力的功角特性，并分析了定子电流、气隙长度对牵引力和法向力的影响。研究了交直轴电感计算方法，及其随定子电流、气隙长度变化的规律。研究了次级采用不同动子极距时，牵引力和法向力的变化情况。最后建立牵引电机3D仿真模型，分析水平弯道段电机初、次级之间发生错位时，牵引力与法向力的变化情况。　　3.从长定子直线电机和牵引变电所变流器单元变压变频原理出发，对长定子直线同步电机牵引供电方案做了初步研究。分析了高速磁浮列车TR08用长定子直线同步电机供电方式。设计了中速磁浮列车牵引供电系统方案图、牵引变电所布点位置。最后研究了牵引变电所容量计算方法，包括定子供电频率与定子端电压之间的对应关系、长定子电机驱动功率、馈电电缆区间损耗、牵引变流器容量。　　通过以上对Halbach结构空心式永磁直线同步电机的分析，对该电机的磁场特性、电磁力特性、电磁参数、牵引供电有了较为全面深刻的理解，为下一步电机控制奠定基础。
作者：	蔺星星
专业：	控制工程
导师：	刘少克
授予学位：	硕士
授予学位单位：	国防科学技术大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文