基于maxwell 2d的長定子直線同步電動機仿真

    閆文龍，潘孟春，翁飛兵，田武剛

    (國防科技大學．湖南長沙4l0073)

    摘要：采用maxwell 2d軟件對長定子直線同步電動機的高速運行過程進行了建模與仿真，詳細分析了直線電動機氣隙電磁場的分布情況，綜合比較了不同定子極距下的推力波動和懸浮力波動情況，得到了較理想模型，對此類問題的解決提供了一種陜捷有效的療法．

0引  言

    常導吸浮型高速磁浮列車(采用常規導體線圈，運用異性磁極相吸原理)，以長定子直線同步電動機作為主要驅動部件，設計時速可達500km．在如此高速的環境中，研究列車上直線電機中電磁場變化及懸浮力波動和推力波動情況等現象，對于控制列車的高速穩態運行有重要意義。

    一般仿真軟件比如ansys建立高速運行中的磁浮列車直線電機模型較為復雜，計算時問很長。而maxwell 2d軟件采用自上而下的用戶界面、****的自適應剖分技術、用戶定義材料庫等特點，易于使用，功能強大，極大地降低了建模的難度，縮短j，計算時間，我們可以直觀準確地觀察到任意時刻電磁場分布情況與不同結構參數和激勵對電機的影響情況等工作性能指標。

1磁場分析理論

    磁浮列車i二長定子同步直線電動機的穩態時變電磁場分布滿足一般的麥克斯韋方程組。另外，為更方便計算與顯示各電磁場矢量之間關系，maxwell2d引入輔助變量矢量磁位a，滿足如下關系：

式中：μ為媒質磁導率。若為直角坐標系，可推導出：

    按照麥克斯韋應力張量法，電機的推力和懸浮力計算公式如下：

式中：p為電機極對數；τ為定子極距；be為定子鐵心寬度;μ0為空氣磁導率；bx和by分別為磁感應強度b的水平方向和垂直方向分量。

2模型的建立及參數設置

    采用maxweu 2d軟件的磁瞬態場分析模塊建立磁浮列車上的長定子直線同步電動機二維模型。

    高速磁浮列車的軌道即為同步直線電機的長定子，而車體上動子的一個電磁鐵組合由lo個中間模塊(整極或主磁極)和2個端部模塊(半極)組成，定子和動子極距相等都為266.6 mm，模型默認厚度為

1 m，如圖1所示。

    定子繞組加載50 hz的三相對稱正弦電流，幅值為，im=l00o a。發電繞組槽里安裝繞組利用動子運動時產生的

感應電勢發電(為簡化分析，模型中省去發電繞組)。

動子勵磁直流電流設為55／3 a，一個矩形繞組線圈(共270匝)上安匝數為55×270／3=4 950(安匝數)。

    動子同步運行速度v=2fτ=2×50×o.266 6=26 66 m／s。f為三相正弦交流電頻率；τ為定子極距。

3仿真結果及其分析

3．1網格剖分

maxwell 2d采用****的自適應網格剖分技術，可以使用戶方便快捷地對模型進行網格剖分，并可以根據剖分結果來重新設定網格剖分數據，網格剖分的三角形越小，計算結果越精確，如圖2所示。

3 2電磁場分析

通過軟件的后處理模塊可以得到需要的電磁場磁力線a、電磁場感應強度b等矢量和標量分布，如圖3所示。

從仿真結果可以看出，整個模型共有11個完整的磁力線回路，其它地方磁力線回路幾乎沒有．并且通過與其它觀測點時刻比較可看出，隨著動子的高速運行，磁力線回路基本保持不變地一起移動。

圖1模型的氣隙中央畫條直線l，其長度與長定子軌道相等，運用field功能模塊可以獲得氣隙中央磁場分析結果。圖4和圖5為氣隙磁場在零和0.ol s時刻(其他觀察點時刻也可以)沿氣隙中央直線l的磁感應強度b的分布，考慮到整個模型較大，選擇field模塊自帶的normalized distance把橫坐標即直線l的長度做歸一化處理，當然其原點都在圖1中長定子軌道的起始位置。

從圖4和圖5可以看出，在0．0l s時刻動子發生了移動，沿氣隙中央直線l磁感應強度b的x、y方向幅值主