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单边直线感应电机(SLIM)的法向力是直线电机固有的一种力,其大小通常与牵引力相当甚至更大。在直线电机地铁或中低速(城市轨道)磁浮交通系统中,法向力都是作为一种干扰力而被抑制,这对列车的运行特性和经济指标有较大影响。如何有效利用该法向力一直是学者们研究的问题之一。
本文对法向力、牵引力的特性进行了深入研究,提出了一种法向力的有效控制方法,进而提出了一种牵引力、法向力的解耦控制算法,实现了单独依靠直线感应电机稳定悬浮车辆、进而牵引运行,为有效地利用直线感应电机法向力提出了方案。
首先通过对单边直线感应电机气隙磁场的分析,提出了适于低速条件下运行的SLIM无限长分析模型和高速下运行的有限长模型。阐明了单边直线感应电机初级和次级间牵引力和法向力的大小与电机滑差频率、初次级间隙、输入激励电流之间的量化关系。通过对法向力性质的分析,提出了在无限长模型下利用磁链幅值控制法向力、在有限长模型下利用初级电流d轴分量控制法向力的方法。通过对法向力和牵引力进行主动地解耦控制,不但可以抑制法向力的影响,还可以利用该法向力作为磁悬浮系统的悬浮力悬浮列车。
结合直线感应电机的磁场定向控制方法,给出了悬浮牵引联合系统速度和悬浮气隙的控制方法。采用龙贝格方法对次级磁链进行观测,提出了适合SLIM牵引力和法向力快速动态控制的直接磁场定向技术,即通过磁场定向后,调节初级电流直轴分量iad和交轴分量iaq,分别控制悬浮力和牵引力。在研制的单边直线感应电机系统平台上实现了联合悬浮和牵引,验证了系统控制策略的有效性。
对比分析了传统直流电磁铁悬浮系统与基于单边直线感应电机的交流电磁悬浮系统。从功耗/悬浮力比和悬浮力/自重比两个指标对悬浮电磁铁和单边直线感应电机悬浮方式进行对比,给出了影响SLIM悬浮牵引性能的主要因素,及悬浮牵引联合系统对SLIM设计的特殊要求,对设计用于悬浮牵引联合磁悬浮系统的SLIM提供了重要参考。