中低速磁浮直线感应电机牵引控制系统研究

发布时间：2017-10-15 02:37

  本文关键词：中低速磁浮直线感应电机牵引控制系统研究

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【摘要】：中低速磁浮列车因其噪声小、爬坡能力强等优点已开始推广使用,驱动列车的直线感应电机工作原理与异步旋转电机相似,但其结构特点导致的边端效应和法向力直接影响到牵引性能和悬浮的稳定性,因此牵引控制系统是需要重点研究的内容。本文通过对直线感应电机电磁性能的分析,研究适合中低速磁浮列车的牵引控制系统。首先,通过应用分布参数的电磁场理论法和集中参数的等效电路法分析直线感应电机的电磁特性和边端效应,建立考虑边端效应的电机T型等效电路。利用Ansoft工程电磁场有限元分析软件Maxwell 2D建立了直线感应电机分析模型,分析转差率、定子相电流大小、转差频率、运行速度、气隙对电机电磁力和法向力产生的影响。通过对比分析,确定采用恒转差频率控制方式,并计算出实现电磁力、法向力最优控制的恒转差频率。随后,通过分析空间电压矢量调制的原理、算法,确定采用SVPWM调制方式。建立直线感应电机在同步旋转dq坐标系上的数学模型,采用恒转差频率矢量控制方式,应用Simulink进行仿真验证。仿真结果表明,该控制方案能实现法向力、电磁力最优控制,电机法向力较小,法向力波动在允许范围内,电磁力在运行过程中几乎保持恒定,系统瞬态响应性能好。最后,完成牵引系统硬件、软件设计,依托西南交通大学常州轨道交通研究院的试验场地,进行列车运行试验。试验结果表明,牵引系统设计合理,控制方案简单可靠,电机法向力对悬浮系统影响小,牵引系统和悬浮系统运行稳定。
【关键词】：磁悬浮列车 直线感应电机 恒转差频率控制 Ansoft Simulink
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U266.4;TM346
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 论文研究背景和意义10-14
• 1.1.1 磁浮列车分类10-11
• 1.1.2 国外磁浮技术的发展状况11-12
• 1.1.3 国内磁浮技术的发展状况12-13
• 1.1.4 直线电机的历史与发展13
• 1.1.5 直线电机控制方式13-14
• 1.2 论文研究内容14-16
• 第2章 中低速磁悬浮列车驱动电机LIM分析16-32
• 2.1 直线感应电机基本结构与工作原理16-18
• 2.2 不考虑边端效应的直线感应电机电磁特性18-26
• 2.2.1 等效电流层概念18-19
• 2.2.2 不考虑边端效应的直线感应电机电磁特性分析计算19-26
• 2.3 直线感应电机边端效应26-28
• 2.3.1 横向边端效应26-27
• 2.3.2 纵向边端效应27-28
• 2.4 考虑边端效应的直线感应电机等效电路28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 直线感应电机Maxwell 2D仿真分析32-40
• 3.1 电磁场求解有限元法32
• 3.2 直线感应电机Maxwell 2D瞬态仿真32-35
• 3.2.1 Maxwell 2D瞬态分析流程32-33
• 3.2.2 直线感应电机Maxwell 2D仿真建模33-35
• 3.3 仿真结果分析35-39
• 3.3.1 仿真值与实测值对比35-36
• 3.3.2 转差率对电磁力与法向力的影响36-37
• 3.3.3 初级电流大小对电磁力与法向力的影响37
• 3.3.4 不同运行速度下转差频率对电磁推力与法向力的影响37
• 3.3.5 恒转差频率时初级电流大小对电磁力与法向力的影响37-38
• 3.3.6 恒流恒转差频率情况下电磁推力与法向力38-39
• 3.3.7 气隙对电磁力与法向力的影响39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 直线感应电机恒转差频率矢量控制40-54
• 4.1 SVPWM调制技术40-43
• 4.1.1 空间电压矢量定义40
• 4.1.2 两电平SVPWM算法实现40-43
• 4.2 坐标变换43-45
• 4.2.1 坐标变换基本原理43-44
• 4.2.2 三相静止坐标/两相静止坐标变换44-45
• 4.2.3 两相静止坐标俩相旋转坐标变换45
• 4.3 直线感应电机恒转差频率矢量控制原理45-50
• 4.3.1 矢量控制基本原理45-46
• 4.3.2 直线感应电机在同步旋转坐标系下的数学模型46-48
• 4.3.3 恒转差频率矢量控制策略48-50
• 4.4 仿真分析50-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第5章 中低速磁悬浮列车牵引系统54-68
• 5.1 中低速磁浮列车系统结构54-55
• 5.2 牵引系统硬件设计55-62
• 5.2.1 牵引系统硬件电路结构拓扑55-57
• 5.2.2 核心控制板设计57-60
• 5.2.3 逆变器驱动电路设计60
• 5.2.4 电压、电流反馈电路设计60-62
• 5.2.5 状态采集电路设计62
• 5.3 牵引控制系统软件设计62-65
• 5.4 试验结果分析65-66
• 5.4.1 电机堵转测试65-66
• 5.4.2 列车运行试验66
• 5.5 本章小结66-68
• 结论68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录173-74
• 攻读硕士学位期间发表论文74

【参考文献】

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本文编号：1034610