《基于数值方法的磁浮列车新型导向电磁铁电磁特性分析 (1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于数值方法的磁浮列车新型导向电磁铁电磁特性分析 (1)（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国防科学技术大学 硕士学位论文 基于数值方法的磁浮列车新型导向电磁铁电磁特性分析 姓名：龙长林 申请学位级别：硕士 专业：控制工程 指导教师：刘少克;禹庆荣 20081101 国防科学技术大学研究生院- T 程硕十学位论文 摘要 导向电磁铁是高速磁浮列车上重要的部件之一，由它在电流作用下产生的电 磁力来完成列车的导向功能，其工作性能直接影响着整车的技术经济性能指标和 列车的运行安全。因此对导向电磁铁的电磁特性进行准确的计算分析，把握电磁 铁主要性能指标及其电磁场分布情况有非常重要的实际意义。 本文以创新高速磁浮列车为研究出发点，通过建立高速磁浮列车用新型导向 电磁铁的二维、三维静态电磁场模型，
2、在分析原来导向电磁铁电磁场的基础上， 采用数值方法对新型导向电磁铁进行研究，设计了合理的新型导向电磁铁结构尺 寸，并对所提出的设计方案进行了性能分析，计算结果与原电磁铁进行了对比； 针对电磁铁工程问题，探讨了电磁铁发生滚动和铁芯轭部尺寸外伸对电磁力的影 响，为电磁铁制造、安装提供了依据。针对新型导向电磁铁，采用数值方法进行 了优化设计计算，确定了两组优化的结构尺寸，为创新高速磁浮列车导向控制系 统进一步优化提供了参考。针对永磁和电励磁的混合导向电磁铁结构，采用数值 方法进行分析，通过分析得出由于无法得到电磁铁与两侧轨道的零作用导向力， 混合电磁铁结构并不适合导向控制系统的结论。 主题词：磁浮列
3、车高速磁浮列车有限元法导向控制电磁场 第i 页 国防科学技术大学研究生院工释硕士学位论文 A B S T F 狐C T T h eg u i d ee l e c t r o m a g n e ti sa l li m p o r t a n tp a r to fah i g h - s p e e dm a g l e vt r a i n T h et r a i n g u i d e 缸a c c o m p l i s h e db ye l e c t r o m a g n e t i cf o r c eb e t w e e nt h e g u i d e - e l
4、e c t r o m a g n e ta n dt r a c k I t so p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i ch a sad i r e c tb e a r i n go n t e c h n o l o g y - e c o n o m yp e r f o r m a n c el e v e la n dr u ns a f e t yo ft h ew h o l et r a i n T h u si ti s v e r yi m p o r t a n tt od ov e r a c i o u sc a l c
5、 u l a t i o na n da n a l y s i sf o rt h ee l e c t r o m a g n e t i c c h a r a c t e r i s t i co ft h eg u i d ee l e c t r o m a g n e t T h ep a p e rr e s e a r c h e st h e e l e c t r o m a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c o ft h e g u i d e e l e c t r o m a g n e to fh i g h - s p
6、 e e dm a g l e vt r a i nb ym e a n so ft h e2 Da n d3 D e l e c t r o m a g n e t i cf i e l da n a l y s i s T h en e ws c a n t l i n go fs t r u c t u r ei sc o n f i r m e dO f ft h e f o u n d a t i o no fa n a l y s i sf o rt h eo l dg u i d ee l e c t r o m a g n e tm a d ei no u rc o u n t
7、 r y T h e e l e c t r o m a g n e tc h a r a c t e r i s t i co ft h en e ws t r u c t u r ei sc a l c u l a t e da n dc o m p a r e dw i t h t h eo l do n e A l s o , t h ep a p e rr e s e a r c h e st h ee l e c t r o m a g n e tr o l l i n ga n di r o ny o j k p a r tp a r a m e t e r si n f l u
8、 e n c e so ne l e c t r o m a g n e t i cf o r c e , a n dt h i sa f f o r d sah e l pf o r p r a c t i c a le l e c t r o m a g n e tm a n u f a c t u r ea n di n s t a l l a t i o n F u r t h e r m o r e ，t h ep a p e r s h o w sac a l c u l a t i o nf o rt w oo p t i m i z i n gs c a n t l i n g
9、o fs t r u c t u r eb a s e dO nn u m e r i c a l m e t h o d ，a n dt h i sa f f o r d sag o o dr e f e r e n c ef o rt h eg u i d ec o n t r o ls y s t e mf o rt h e f u t u r e A tl a s t , t h ep a p e ra n a l y s e st h em i x i n gg u i d ee l e c t r o m a g n e ts t r u c t u r ea n d g e t
10、st h ec o n c l u s i o nt h a tam i x i n gs t r u c t u r ei sn o ts u i t a b l ef o rg u i d ec o n t r o lb e c a u s e t h e r ei sn o tz e r oe l e c t r o m a g n e t i ce f f e c tf o r c eb e t w e e ne l e c t r o m a g n e ta n dt r a c k K e yW o r d s ：m a g l e vt r a i n ，h i g h - s
11、 p e e dm a g l e vt r a i n ，f i n i t ye l e m e n t a n a l y s i s ，g u i d ec o n t r o l ，e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d 第i i 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 表目录 表2 1 二维网格划分数量对计算结果的影响1 7 表3 1 原单个导向电磁铁电磁力与电流关系1 9 表3 2 新型导向电磁铁电磁力与电流关系2 2 表3 3 新型导向电磁铁电磁力与间隙的关系。2 3 表3 4 整体新型导向电磁铁尺寸重量与原导向电磁铁方案比较2 9
12、表3 54 0 A 下滚动角度与法向电磁吸力关系3 0 表3 6 两种铁芯轭部外伸尺寸下法向电磁力计算结果3 2 表5 1 新型优化方案I 电磁力计算结果3 9 表5 2 新型优化方案I I 电磁力计算结果4 1 表5 3 几种方案整体电磁铁铝线和铁芯总重量比较4 4 表6 1 混合导向电磁铁线圈电流与法向吸力的关系4 7 第页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 图目录 图1 1 中低速磁浮列车导向原理示意图2 图1 2 德国T R 0 8 高速磁浮列车结构简图。2 图2 1 导向系统的体系结构工作示意图7 图2 2 原方案与方案l 电磁铁配置方案8 图2 3 方案2 电磁铁配置方案8
13、 图2 A 方案2 两种控制连线方式8 图2 5 方案3 电磁铁配置方案9 图2 6 方案4 电磁铁配置方案9 图2 7 方案4 控制连线方式9 图2 8 单个导向电磁铁结构示意图15 图2 9 单个导向电磁铁二维几何模型1 5 图2 1 0Q 2 3 5 铁磁材料磁化曲线1 6 图2 1 l 局部密度加强后的二维网格划分示意图1 7 图3 1 原单个导向电磁铁电磁力与电流关系2 0 图3 2 原导向电磁铁( 1 0 m m ，4 0 A ) 下内部磁场B 云图2 1 图3 3 原导向电磁铁( 1 0 r a m ，4 0 A ) 下磁力线分布2 1 图3 4 间隙1 0 m m 下新型导向电
14、磁铁法向吸力与电流关系2 3 图3 54 0 A 下新型导向电磁铁法向吸力与间隙的关系2 4 图3 6 新型导向电磁铁( 1 0 m m ，4 0 A ) 下铁芯内部磁场B 云图2 4 图3 7 新型导向电磁铁( 10 r a m ，4 0 A ) 下铁芯拐角局部磁场B 云图2 5 图3 8 新型导向电磁铁0 0 r a m 4 0 A ) 下磁力线分布情况2 5 图3 9 新型导向电磁铁( 2 r a m ，4 0 A ) 下内部磁场B 云图2 6 图3 1 0 新型导向电磁铁( 2 r a m 4 0 A ) 下磁力线分布2 6 图3 1 l 新型导向电磁铁( 1 8 m m , 4 0 A ) 下内部磁场B 云图2 7 图3 1 2 新型导向电磁铁( 1 8 m m ，4 0 A ) 下磁力线分布2 7 图3 13 导向电磁铁尺寸方向说明2 9 图3 1 4 导向电磁铁滚动情况与轨道侧面相对位置关系示意图2 9 图3 1 5 电磁铁滚动情况下，电磁力作用方向示意图
