摘要：基于maxwell2d建立了具有梯形槽結(jié)構(gòu)的直線感應電機模型，對梯形槽結(jié)構(gòu)直線感應電機模型的效率、推力、磁場分布進行了分析。與傳統(tǒng)導體板結(jié)構(gòu)的直線感應電機進行對比，通過優(yōu)化次級槽寬、槽距，仿真驗證了此種結(jié)構(gòu)可以提高其效率和推力，改善直線感應電機的性能。

關(guān)鍵詞：直線感應電機；梯形槽maxwell 2d仿真；有限元分析

中圖分類號：tm346：tm359. 4    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848( 2010)06-0036-03

    直線感應電機在軌道交通中作為推進系統(tǒng)得到大量應用，如地鐵、輕軌、中低速磁懸浮列車等。然而由于直線感應電機鐵心開斷、漏磁較多，邊端效應導致其效率和功率因數(shù)較低，所以效率低、推力小是直線惑應電機的一大缺點.。本文針對直線感應電機的梯形槽結(jié)構(gòu)進行有限元分析。

    梯形槽結(jié)構(gòu)主要是改變了次級的電阻率，同時改變次級感應渦流的流通路徑。通過次級感應板挖槽，可以提高次級感應板的電導率，改變渦流的縱向分量，由洛侖茲力可知『3。4』次級縱向感應電流分量與初級行波磁場沒有相互切割，不會產(chǎn)生推力，而這部分電流會產(chǎn)生歐姆損耗。所以，通過改變次級結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化直線感應電機的性能，提高直線感應電機的推力及效率。

    直線感應電機幾何模型如圖l所示。

    表1為maxwell 2d中建立的直線感應電機仿真模型參數(shù)：

 

    圖2為直線感應電機的兩種次級結(jié)構(gòu)：一種是直線感應電機的傳統(tǒng)固體導體板結(jié)構(gòu)，上面是鋁，下面是鐵軛；另一種是次級開槽的直線感應電機模型，上面是鋁槽，下面是鐵軛。

   

  梯形槽結(jié)構(gòu)電機模型是在maxwell 2d中設(shè)置時將次級鋁條進行端部連接，設(shè)置端部電感、電阻值連成梯形槽結(jié)構(gòu)。次級鋁槽參數(shù)見表2。

   

  對于直線感應電機梯形槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計主要有以下設(shè)計原則[5j：①次級梯形槽寬要滿足小于極距的長度；②槽與齒近似滿足1:2的關(guān)系。

    電機中的電磁場是基于maxwell方程進行有限元計算，其電磁場方程組主要有如下方程，采用maxwell 2d進行有限元計算，得到推力計算公式為：

垂直力公式為：

    在maxwell 2d中，電磁瞬態(tài)仿真過程建模框圖如圖3所示。

   

    仿真結(jié)果是在三相正弦恒幅恒頻電流源的情況下得到的，三相正弦電流源的有效值是150 a，頻率是13.5 hz。

    傳統(tǒng)導體板結(jié)構(gòu)的推力、垂直力、效率、氣隙磁通密度（縱向、橫向磁通分布）結(jié)果分析如下：

    由圖4，改變次級結(jié)構(gòu)后，直線感應電機的推力特性得到明顯提高，推力變大。直線感應電機的牽引性能得到優(yōu)化。

    由圖5，改變梯形槽結(jié)構(gòu)之后，直線感應電機的性能得到改善，輸入功率比傳統(tǒng)導體板結(jié)構(gòu)