电容器组驱动高速多级圆筒型直线感应电机建模及仿真

为了解决电机被电容器组供电时的场路耦合分析问题,基于电磁场理论提出了一种适用于高速多级圆筒型直线电机的场路运动耦合时步有限元分析方法,并且提出了以动子磁通变化率为控制量,在Simulink环境下建立了电机三维场路耦合数学仿真模型。用该模型分析电机的动态性能,得到了定子电压、电流、能量效率,动子的电流、速度、加速度等参数变化规律,通过上述分析得出该类型电机可以实现超高速度大质量的发射。最后,根据仿真参数设计了10级圆筒型直线感应电机并进行了实验验证,结果表明:仿真结果与实验结果基本符合,从而为该类电机控制策略的研究及具体实现提供了新的途径。     

遗传模拟退火算法在圆筒型直线感应电机优化设计中的应用

本文采用遗传模拟退火算法对圆筒型直线感应电机进行优化设计。该优化算法把模拟退火算法结合进遗传算法中，这样在保证获得较好的全局搜索能力的同时，又加快了遗传算法在峰值附近的收敛，提高了遗传算法的效率。     

基于遗传算法圆筒型直线感应电机的优化设计

针对直线感应电动机效率和功率因数低以及结构参数对其力能指标影响的严重非线性,把一种全局优化算法一遗传算法引入到圆筒型直线感应电机的优化设计中。结合电机优化问题的特点,将品质因数作为评价直线电机性能参数好坏的一项指标。应用遗传算法对圆筒型直线感应电动机进行优化设计,把直线电机的力功比和力能指标作为优化的目标函数,结果表明优化设计方法可行。     

基于Ansoft的直线感应电机三维动态仿真

基于ANSOFT公司的Maxwell 3D的仿真环境建立了直线感应电机（LIM）的仿真模型。在所建立的模型基础上,对直线感应电机的基本特性和起动过程进行了动态仿真。仿真结果用来指导直线感应电机的理论研究以及本体和其控制系统的设计。     

非线性瞬态磁场的研究及其在圆筒型直线感应电机瞬态分析中的应用

从麦克斯韦方程出发，推导出了以磁感应强度为未知量的涡流场方程及其有限元方程。给出了通用形式时步离散差分格式。采用电流耦合法，推导出了电压源激励下通用形式的非线性时步有限元方程。对筒式复合次级圆筒型直线感应电机瞬态特性进行了计算分析，对其瞬态气隙磁场进行了研究。计算值与测试值的一致性证明了本文理论的正确性。     

MATLAB在圆筒型直线感应电动机瞬态特性仿真中的应用

针对圆筒型直线感应电动机的特点,建立了数学模型,利用Matlab语言的Simulink功能给出该电动机的通用而简单的动态仿真模型.通过实例验证了模型的正确性和快捷、灵活、方便、直观等一系列优点,从而为圆筒型直线感应电动机调速系统及控制系统的仿真研究提供了一种性能可靠和使用方便的仿真模型.     

圆筒型直线感应电动机的起动推力与电机性能的计算与分析

以一台起动推力为103N的三相圆筒型直线感应电动机为例,采用内外双收敛有限元方法对其起动时刻进行涡流场分析,求出了电机的起动推力和电机内的磁场分布.通过与实验值进行比较,验证了此方法计算该电机起动推力的准确性.利用所得的方法,对采用不同气隙大小和次级电阻率时电机的起动性能进行计算分析,从而得出起动推力随气隙大小和次级电阻率的变化规律.所得到的计算方法与规律对圆筒型直线电机的优化设计与制造能够提供有益的帮助.     

三种不同充磁方式圆筒型永磁直线电机气隙磁场研究

影响圆筒型永磁直线电机性能的关键因素是气隙磁场的大小。利用有限元软件An-sys分析了三种不同充磁方式动子结构圆筒型永磁直线电动机在无槽和开槽时的气隙磁场磁密大小和波形。在其它结构参数不变时,分析了极弧系数、永磁体厚度和气隙大小随气隙磁密大小变化规律。得出了在相同条件下,轴向充磁和Halbach充磁方式气隙磁密大、变化范围广、受开槽影响小而径向充磁方式气隙磁密小,变化范围窄,波形畸变率高。得到的规律为动子选择和电机设计提供了依据。     

基于Ansoft的直线感应电机性能分析

使用Ansoft软件辅助直线感应电机的设计和分析，并对电机的磁场分布和运行性能进行仿真，给出了仿真结果，并对仿真方法作了简要的说明。     

短初级直线感应电机的动态纵向边端效应分析

为了深入研究动态纵向边端效应对短初级直线感应电机性能影响,对其电磁场方程以及稳态电路展开深入研究.首先,从麦克斯韦方程出发,建立动态边端效应的电磁场模型,从数学表达式角度分析电机气隙磁场分布情况;再在稳态电路中引入激磁电感修正系数以及次级电阻修正系数来分析动态纵向边端效应对电机性能的影响,验证了电磁场理论解释,揭示了动...     

多定子直线感应电动机任务交班控制策略

长初级双边直线感应电动机为了进一步提高推力密度和可靠性,可以采用多台电机初级(N≥2)上下并联布置共用一个次级的结构形式.即使某台电机初级发生故障,仍然可以利用剩下N-1台电机完成预先设定任务.建立多定子直线感应电动机集总参数模型,重点研究由N台电机工作切换到N-1台电机工作,保证电机任务交班前后电磁推力不变的控制策略.在Matlab/SIMULINK环境下建立了多定子直线感应电动机任务交班仿真系统.通过两种任务交班策略的仿真对比分析,发现了多定子直线感应电动机任务交班策略中的技术难点,并提出了该领域需进一步深入研究的方向.     

城轨交通中直线感应牵引电机的效率最优控制

针对城市轨道交通中直线感应牵引电机效率较低问题,从控制角度研究电机的效率最优控制策略。建立直线感应牵引电机的数学模型,考虑边缘效应的影响将推力与磁通进行解耦,在分析法向力组成与特性的基础上,得出以初级电流为变量的数学表达式,结合最优化理论,考虑多个优化目标建立损耗最小函数,实现在满足水平推力的条件下对电机铜耗与法向力造成损耗的最优控制。仿真研究对比了采用普通矢量控制与本文所提方案的运行状况。仿真结果表明,直线感应牵引电机行程中恒速区段时间越长,损耗减少得越大,效率提高得越高。     

次级对直线感应电动机性能的影响

为了研究直线感应电动机次级材料和厚度对电机性能和气隙磁密的影响,采用有限元方法,建立了电机的电磁场计算模型,研究电机的起动及运行过程.在数值计算的基础上得到电机的磁场分布,对气隙磁密进行谐波分析,得到了随着次级板厚度减小,气隙磁场增强,谐波含量较小的变化规律,并在电磁气隙不变的情况下,分析次级厚度及材料变化时对电机推力的影响,即随着次级板厚度及次级电导率减小,电机起动推力减小.实验结果验证了该电机计算模型的正确性.     

断路器操动机构用直线感应电机的优化设计

为了得到更大的起动推力,满足高压断路器开断性能和机械性能的要求,对操动机构用圆筒型直线感应电机进行优化设计,将粒子群优化算法引进到圆筒型直线感应电机的优化设计之中。并针对此电机优化的具体特点,提出将邻域拓扑粒子群优化算法用于圆筒型直线感应电机的全局优化,解决了粒子群优化算法中含有局部最优解的复杂优化问题,增强了粒子的寻优能力。两种算法的研究结果表明,与原始方案相比起动推力提高,起动电流大幅度降低,领域拓扑粒子群优化算法优化效果显著。电机的结构尺寸整体缩小,降低了电机的质量,节约了材料,证明了领域拓扑粒子群优化算法的优越性,提高和完善了圆筒型直线感应电机操动机构的实用性。     

直线感应电动机稳态运行特性的有限元分析

以一台容量5．5kW的直线感应电动机为例,在考虑纵向端部效应的情况下,将整个直线感应电动机模型作为求解域,采用有限元法对其磁场进行了数值计算。通过对磁场的分析,可以计算出直线感应电动机的运行特性。将理论计算结果与实验结果进行了比较,验证了计算方法的准确性。     

动磁式直线振荡电机性能模拟及实验

为了研究动磁式直线振荡电机的性能特性,采用Ansoft电磁场有限元二维瞬态场分析软件建立了动磁式直线振荡电机模型,得到了样机模型的电磁力系数和谐振工况时电流与位移的关系曲线.提出了动磁式直线振荡电机的电磁力系数和电机效率的测试方法,并对开发的样机进行了电磁力系数和在不同负载下的效率测试.电磁力系数的有限元模拟结果与测试结果相比,误差率在1.5％左右.电机样机测得的最高效率为85.9％,效率测试结果表明:当外部负载产生的等效刚度与电机自身的谐振弹簧刚度之和与电机运动的惯性力相匹配时,电机处于谐振状态,此时电机效率最高.     

高性能低谐波绕组感应电动机电磁性能的数值分析

针对普通感应电动机采用低谐波绕组后电磁场分析难度将会提高的问题,利用数值计算的方法,给出了适合低谐波绕组电机电磁性能的数值求解方法.以一台普通感应电动机为例,利用低谐波绕组理论,对定子绕组的线规和形式进行调整,设计具有高起动转矩的低谐波电机.通过对低谐波电机电磁性能的数值计算结果与实验结果的比较,验证了所推导的方法的准确性,提高了所设计的低谐波电机的起动性能.将低谐波电机与普通同型式的感应电动机的气隙磁场和转子齿部磁场进行比较,分析两种电机中磁密谐波成分的含量,结果表明低谐波绕组电机的各次谐波磁密大大降低.     

直线感应电机间接磁场定向悬浮牵引联合控制

基于气隙磁密分析,建立了适用于间隙变化的直线感应电机动态数学模型以及推力和法向力表达式.针对直线感应电机的运行状况,分析了法向力的排斥力分量和吸引力分量的特点,提出了一种新颖的基于间接次级磁场定向的推力、法向力独立控制策略.仅仅依靠单边直线感应电动机,实现了静态和动态稳定悬浮、以及悬浮状态下的稳定牵引运动,并在一台直线感应电机模型车辆上进行了实验.实验结果表明,提出的解耦控制方案对直线感应电机的悬浮牵引联合控制具有良好的效果.     

交通牵引大功率单边直线感应电机性能研究

从单边直线感应电机(SLIM)气隙磁密方程入手,引入绕组函数方法,将次级绕组分为基波和边端效应波分量。根据初级绕组分布,推导出两相静止坐标下的初级绕组函数,解出次级绕组基波和边缘效应波分量。由绕组函数理论计算出电感、品质因数、次级电阻和运动电势系数,建立电压和磁链方程。根据初次级能量转换关系,得到推力方程。通过恒流恒频下的暂态特性和几种变频模式下的稳态特性计算,比较了实际稳态运行中的大功率SLIM的相电流、推力和效率的计算值和测量值。结果表明,绕组函数法能较好地描述边端效应,得到的稳态推力、效率和试验基本吻合,并证明了暂态计算的真实性。该模型可用于电机设计和特性分析中,具有一定的实用性。     

基于扩展卡尔曼滤波的直线感应电机速度观测

为解决在直线感应电机（Linear Induction Motor,LIM）的高性能闭环控制系统中取消速度传感器后,速度闭环缺少反馈环节中的速度信息的问题,在考虑LIM的边端效应前提下,实现了一种基于扩展卡尔曼滤波算法的速度观测器。首先,基于考虑边端效应的三相直线感应电机的数学模型,推导出具有合适增益和协方差更新矩阵的扩展卡尔曼滤波观测器。并基于LIM的矢量控制系统,将观测器辨识的速度参数反馈到速度闭环系统中。然后,在Simulink中搭建带有速度观测器的直线感应电机矢量控制系统模型,对观测器的辨识速度和电机实际速度进行对比。最后,结果表明,利用辨识速度进行闭环控制可以保证系统稳定运行。在三种负载情况下,观测器的预测速度和实际速度之间的误差在0.51%到2.34%之间,对系统多种动态性能进行分析可知,基于扩展卡尔曼滤波观测器的LIM矢量控制系统,随着负载增大,预测速度的误差随之增大,推力误差随之减小,磁链幅值误差随之略微增大。因此,在考虑边端效应的情况下,基于扩展卡尔曼滤波的观测器可以代替速度传感器实现空载和带载时的三相直线感应电机控制。