论文题目：城市轨道交通用直线感应电机研发
摘要：与旋转感应电机相比,直线感应电机可以直接产生直线形式的机械运动,具有结构简单、散热条件好、适于高速运行等特点。尤其是直线感应电机应用于城市轨道交通时,具有爬坡能力强、转弯半径小、系统整体效率高等优点。因而使得直线感应电机在城市轨道交通牵引系统中的应用得到发展。由于直线感应电机在结构上的开断,在纵横向均会产生复杂的边端效应,对直线感应电机的性能产生影响。直线感应电机的纵横向边端效应,一直以来都是直线感应电机研究的难点,也是重点。本文以应用于城市轨道交通的直线感应电机为例,针对纵横向端部效应对直线感应电机的电磁设计所带来的困难进行研究。主要内容如下:1、城市轨道交通用直线感应电机设计分析以一台额定功率38k W的城市轨道交通用直线感应电机设计为例,在样机结构参数和运行特性要求确定的条件下,分析了样机设计的难点所在;研究了不同绕组每相串联匝数对直线感应电机性能的影响,验证了改变绕组每相串联匝数对解决城市轨道交通用直线感应电机设计难点的可行性。2、城轨用直线感应电机“路”算设计程序开发以考虑端部半填充和纵横向端部效应的直线感应电机等效电路为基础,基于VB语言编写了直线感应电机“路”算设计程序;通过计算等值电路参数和端部效应系数,获得等效电路参数,计算了样机性能;结合城市轨道交通用牵引电机运行工况的变化和运行特性要求的特点,实现程序的连续自动查找计算特性点,输出保存样机设计数据和计算结果数据;实现了VB语言程序的应用软件化,填补了城轨用直线感应电机工程化设计程序开发的空白。3、直线感应电机“场”算设计分析参考“路”算中考虑横向端部效应影响的方式,提出一种通过将横向端部效应系数计算值乘入直线感应电机相应材料属性值的方式,在二维“场”算设计分析中考虑横向端部效应影响的有限元分析方法,克服了二维“场”算无法考虑横向端部效应的缺陷;通过对比二维“场”算计入横向端部效应前后电机性能的变化,分析了横向端部效应对直线感应电机性能的影响;并通过与“路”算设计程序计算结果、三维全模型计算结果的对比,验证了二维“场”算中端部效应处理方法的正确性。4、直线感应电机样机实验设计了直线感应电机圆弧型结构的实验样机型式,通过二维“场”算对比平板型和圆弧型样机性能,验证了通过圆弧型样机型式进行实验的可行性;实验测量了等匝绕组设计方案的样机特性,将实验结果与“路”算程序计算、二、三维“场”算结果对比,验证了本文编写的VB语言―路‖算设计程序的准确性、本文提出的考虑横向端部效应影响的二维―场‖算方法的正确性和三维―场‖算结果的准确性。
关键词：城市轨道交通用;直线感应电机;电磁设计;端部效应;有限元分析
学科专业：电气工程
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 城轨用直线感应电机研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 直线感应电机基本理论
2.1 直线感应电机的结构与分类
2.1.1 直线感应电机按结构分类
2.1.2 城轨用直线感应电机结构
2.2 直线感应电机的工作原理
2.3 直线感应电机的端部效应
2.3.1 端部半填充
2.3.2 纵向端部效应
2.3.3 横向端部效应
2.4 本章小结
第三章 城轨用直线感应电机设计分析与“路”算设计程序开发
3.1 城轨用直线感应电机设计原始数据
3.1.1 样机设计要求
3.1.2 运行特性要求
3.2 城轨用直线感应电机设计分析
3.2.1 直线感应电机的主要尺寸间关系
3.2.2 城轨用直线感应电机样机设计
3.2.3 每相串联匝数不同调整方式
3.3 每相串联匝数对直线感应电机性能影响
3.3.1 等匝绕组电机性能分析
3.3.2 不等匝绕组电机性能分析
3.3.3 不同绕组每相串联匝数对电机性能影响对比分析
3.4 “路”算设计程序开发
3.4.1 直线感应电机“路”算设计基本原理
3.4.2 城轨用直线感应电机“路”算设计程序
3.5 本章小结
第四章 考虑横向端部效应时直线感应电机“场”算分析
4.1 考虑横向端部效应的二维有限元模型修正方法
4.2 横向端部效应对样机性能影响
4.2.1 每相串联匝数80 的等匝绕组设计方案
4.2.2 二维“场”算横向端部效应对样机特性影响
4.2.3 不同横向端部效应系数对样机特性影响
4.3 样机特性三维有限元计算
4.3.1 样机特性三维全模型计算
4.3.2 “路”算、二维计算结果与三维全模型仿真结果对比验证
4.4 本章小结
第五章 样机特性实验验证
5.1 样机特性实验方案
5.1.1 实验样机型式
5.1.2 样机型式仿真验证
5.1.3 实验系统结构
5.2 实验结果对比分析
5.2.1 样机特性实验结果
5.2.2 样机包络线特性实验结果
5.2.3 气隙波动对特性影响实验结果
5.3 样机优化设计方案
5.3.1 优化设计方案
5.3.2 优化设计方案特性计算
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望与改进
参考文献
致谢