２００４年第６期２００４年１１月１０日
机
车
电大众自造磁悬球形车
传动
ＥＬＥＣＴＲｌＣＤＲＩＶＥＦＯＲＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥＳ
Ｎ０６．２００４
ＮＯＶ．１０．２００４
行ｒ二维分析，得到ｒ更为精确的电磁力随着悬磁气隙及电流强度变化的规律，并在试验中对其进行
了验证。
关键词：磁悬浮列车；有限元；电磁场；电磁铁中图分类号：Ｕ２６６．４；ＴＢｌｌ５
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—１２８Ｘ（２００４）０６—００３２—０３
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００７３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｄｙｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，２Ｄａｎａｌｙｓｉｓｉｓｍａｄｅ
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０引言
１
悬浮电磁铁模型简介
磁悬浮列车是一种利用电磁力将车体以给定间隙悬浮于轨道之上，利用直线电机驱动的一种新型交通工具…。由于电磁场的分布和磁悬浮列车的稳定悬浮关系紧密，能否得到准确的电磁场分布规律关系到磁悬浮列车悬浮控制的效果和参数的选取。为了进一步提高悬浮电磁铁的数学模型参数的精度，有必要采用更为准确的数值计算方法对悬浮电磁铁电磁场进行更为准确的数值分析。本文利用ＡＮＳＹＳ软件对中低速磁悬浮列车（ＣＭＳ．３型）悬浮电磁铁电磁场进行了二维分析，得到‘了，电磁力随着电流强度、气隙的变化规律，并且在试验中对分析结果进行了验证。
收稿日期：２００３—０９—２４；收修改稿日期：２００４．０６—０１
作者简介：刘慧敏（１９８０一），女，２０（１２年毕业于东北大学机械工程及自动化专业，现从事磁悬浮控制技术的研究工作：
尹力明（１９５１一）．男，１９７７
年毕业于南京航空学院电
机电器专业，教授，主要从事磁悬浮技术、自控及电力电子技术方面的教学和科研工作。
ＣＭＳ一３型常导中低速磁悬浮试验车用的电磁铁的
磁路结构如图１所示。悬浮气隙取值为８～１０ｍｍ。磁悬浮轨道和电磁铁铁心材料均为Ａ３钢，其磁化曲线如图２所示。从图２中可以看出，Ａ３钢在１．４Ｔ时趋近饱和。
研究开发
．：ｆ－…～ｒ…一～…。…．．．．．＝二——＝＝
机车电传动２００４正
能够得到线性增加的力。虽然在相同的电流强度下，气隙值越小磁场力越大，但是如果接近磁饱和状态，由于
电磁力的增长缓慢，磁场的利用率将会大大降低。
为了将图５中的悬浮力一电流曲线，尤其是气隙在８ｍｍ以下的非线性特性引入数字悬浮控制系统，我们
将曲线数值化，拟合成多项式的形式，以便于数字控制系统运行时可以自由地根据气隙的变化而改变对应的控制参数，满足系统稳定悬浮的基本要求。图５中的曲线的４阶多项式拟合表达式如下：
ｓ＝４ｍｍｎ寸．Ｆ－－－０．（１３２６×？＋０．７５５１×／３－８２２０３１×／２＋４１９５．４×／－３９１０１
譬苗ｎⅡｎＨ寸，Ｆ＝０．００１８×？－０．３２４４×／３＋１０Ａ４２９×／２＋１００１．８×／－１３６１．１豳瑚Ⅱｌ时，Ｆ＝０．００３８×恕８６２７ｘｆ、６３．６９４３×／２－１１６０．５ｘ／＋９１３４．７ｓ＝－１０ｒｎｍＤ寸，Ｆ＝０．（ｆｆ２２ｘ？－０５６７３×／３＋４８．００２５ｘ／２－１０７０２ｘｉ＋９８６０．９ｓ＝１４ｒｎｒｎ时．Ｆ＝０×？－０．０３９
８×／３＋９．７４２２×／２－１的．８９６０×ｉ十２１１０．１ｓ＝－２０ｎⅡｎ时，Ｆ＝０×？＋０．０ｆｆｆ／×／３－１．３５４７×／２＋９８．５４１４Ｘ／－９１０．６１３４
图６显示了在电流强度一定条件下，悬浮力和气隙的关系。从图６中可以看出当电流强度小于４０Ａ时，曲线的趋势基本上是一致的；当电流强度增大至６０Ａ以上时就表现出线性特性。这是因为在４０Ａ以下时磁轭中还没有达到磁饱和状态，而当电流强度增大至６０Ａ以上时，相对磁导率已趋于一个常数。所以，如果想要增加力的大小，就必须不断地加大电流强度。图６中曲线的４阶拟和结果为：
／＝－ＺＯＡＨ寸．Ｆ＝１．３０６０ｘｓ４－７５．０４７５×冉１５９４．９ｘｓ２－１５１１３ｘｓ＋５６７８７／－－－－３０Ａ时．Ｆ＝１２＂／８３×ｓ＇－７８．０８５６×＾１８００．１×ｓ２＿１９０３６ｘｓ＋８３０４５局４ＱＭ寸，Ｆ＝０．０８８３ｘｓ４－１４．８１４８×ｓ３＋６３５２０９９ｘｓＬｌ０９５６ｘｓ＋７３２０５仁６０Ａ时，Ｆ＝－０．１４１７ｘｓ％６３４６１ｘｓ３＋２０．０４４５×ｓ２－４５２７．７ｘｓ＋６２９２８／：９０Ａ时．Ｆ＝０．２１６６×４１５．１３５３ｘｓ３＋４２０．１６７７ｘｓＺ－６８４１．６ｘｓ＋７２２７６同样，这组曲线也可以在悬浮数字控制系统修改参数时作为参考。
在列车行驶中，不可避免地会产生水平错位。如果电枢向右错位５ｉｌｕｎ，则当电流为２０Ａ、气
隙为１０ｍｉｌｌ时，其磁场的分布如图７所示。此时，垂直方向的悬浮力大小为３１７１．６７２Ｎ，水平分力为４０８．３３２４Ｎ。
和图３相比，磁场的变化并不是很大。错位后悬浮
力比错位前减小５．７％。也就是说，电磁铁产生水平错位，对车体悬浮的影响并不是很大。
图７错位５ｍｍ时的磁场分布
２。２结果分析
ＣＭＳ．３型磁悬浮列车车体重２０ｔ，由３２个悬浮电磁铁组成悬浮系统，也就是说单个悬浮电磁铁所承受的负载为６１２５Ｎ。试验中当电流为２３Ａ、气隙为８ｍｍ时车体达到稳定悬浮状态，此时利用ＡＮＳＹＳ计算的悬浮力为６７５１．４１６Ｎ，二者之间的误差为１０．２％。而传统的磁路计算方法的误差都在１５％左右，在允许范围内，结果可信。
根据上面的计算结果有以下结论：
（１）在气隙一定的情况下，电磁力随着电流密度的增大而增大。但在８ｍｍ气隙以下时，呈现非线性特性。
（２）在气隙一定的情况下，如果磁路中的磁通已经饱和，那么增加电流并不能得到同比增加的电磁力。
（３）在电流一定的情况下，电磁力随气隙的减小而增大。反之减小。
（４）在电流一定的情况下，如果磁路中的磁通已经饱和，那么电磁力随着气隙的减小而线性增大。反之减小。
３结束语
因工程化样车的设计和运行试验中调试的需要，用新的应用软件再次对ＣＭＳ．３型磁悬浮列车悬浮电磁铁的电磁场进行了计算，至今还有许多问题需要解决。本文对悬浮电磁铁电磁场进行了二维有限元分析，得到了一些有价值的结论，并为悬浮电磁铁的数字控制算法提供一定的技术支持及参考数据，从而为进一步提高磁悬浮列车的悬浮控制品质打下了基础。
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版社，１９８６．
磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场的有限元分析
作者：刘慧敏， 尹力明
作者单位：国防科技大学，机电工程与自动化学院，糊南，长沙,410073
刊名：
机车电传动
英文刊名：ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES
年，卷(期)：2004(6)
被引用次数：9次
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本文链接：d.g.wanfangdata/Periodical_jcdcd200406010.aspx
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