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直线感应电机作为直线电机地铁列车和中低速磁悬浮列车的牵引装置,其性能对列车的运行特性和经济指标有重要影响。本文采用不同方法,计算、分析了直线感应电机电感等参数、牵引力和法向力特性,提出了一种法向力的有效控制方法,进而得出了牵引力、法向力的解耦控制算法,实现了单独依靠直线感应电机稳定悬浮车辆、进而牵引运行,为有效地利用直线感应电机法向力提出了方案。
通过空间谐波法和串联等效电路法对直线感应电机在低速和高速时的特性进行了分析,阐明了直线感应电机的速度变化、初级电流变化、电磁气隙变化、转差频率变化对直线电机的牵引力和法向力影响。结果表明,在低转差频率时,带背铁的单边直线感应电机通常情况下的法向力远大于牵引力,利用此法向力可以实现直线感应电机装置的悬浮。
针对直线电机气隙不均匀、极数可能为奇数、端部半线槽等特点,本文提出了一种适合直线感应电机的改进绕组函数方法,对直线感应电机低速时的动态特性进行了分析,计算结果和有限元方法进行了比较,两种算法结果一致表明,直线感应电机的牵引力和法向力中存在着振动,当利用法向力悬浮直线感应电机装置时候,需要控制法向力振动。
为了有效地控制法向力,对直线感应电机牵引力和法向力的解耦控制的两种方法进行了深入分析,结合本文研究的直线感应电机系统的特点,提出了一种基于间接磁场定向的牵引力和法向力的解耦方法。这种方法在两相同步旋转坐标系通过同时调节初级的d-q轴电流来控制悬浮和牵引。动态仿真计算验证了提出的解耦方法的正确性。
设计了两台直线感应电机和相应的走行装置,组成了悬浮牵引兼用的直线感应电机试验装置。同时,设计、调试出了用于该悬浮牵引兼用实验装置的变流装置和控制系统。该装置基于DSPTMS320LF2812。试验结果表明,提出的解耦方法能够很好地独立调节牵引力和法向力,牵引和悬浮控制具有良好的动态性能。
本论文的研究结果对提升基于直线感应电机的牵引系统的性能、拓展直线感应电机的应用范围提供了重要参考。