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1. 2 　電磁設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　長定子同步直線電動(dòng)機(jī)與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，設(shè)計(jì)計(jì)算大致相同，需要經(jīng)過磁路計(jì)算、參數(shù)計(jì)算、額定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)計(jì)算、勵(lì)磁數(shù)據(jù)計(jì)算、損耗和效率計(jì)算幾個(gè)部分［4 ］。 所不同的是設(shè)計(jì)長定子同步直線電動(dòng)機(jī)時(shí)，要考慮長定子直線電機(jī)的自身特點(diǎn)、以及與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)的不同之處，主要表現(xiàn)為：

　?。?） 旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子受離心力作用，直線電機(jī)轉(zhuǎn)子不受離心力。

　?。?） 旋轉(zhuǎn)電機(jī)徑向單邊磁拉力互相抵消，只剩下切向力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩;直線電機(jī)單邊磁拉力不抵消， 正好利用它作為懸浮力。

　?。?） 直線電機(jī)具有邊緣效應(yīng)。

　?。?） 一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子繞組長期工作，繞組內(nèi)一直流有電流;而長定子直線電機(jī)定子繞組是短時(shí)間通電，短時(shí)工作。

　　綜上所述，可見長定子同步直線電動(dòng)機(jī)有其自身的電磁設(shè)計(jì)特點(diǎn)，現(xiàn)歸納如下：

　?。?） 電機(jī)極數(shù)多， 取每極每相槽數(shù)q = 1 ;為便于布置繞組， 長定子采用單層繞組， 用電纜線直接埋入。

　?。?） 長定子繞組短時(shí)工作， 定子繞組電流密度j1 可選得大一些。

　?。?） 由于每極每相槽數(shù)q = 1 且采用均勻氣隙， 定子齒諧波磁動(dòng)勢(shì)較大， 利用其產(chǎn)生的一階和二階齒諧波磁場(chǎng)與裝在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁極表面上的直線發(fā)電機(jī)繞組相互作用， 在直線發(fā)電機(jī)繞組中感應(yīng)出交流電， 輸出電功率。 當(dāng)列車運(yùn)行速度超過100 km/ h 時(shí)， 車輛所必需的勵(lì)磁磁能、空調(diào)、照明裝置以及輔助裝置所必需的能源均由直線發(fā)電機(jī)提供。

　?。?） 轉(zhuǎn)子不受離心力的影響， 而且氣隙均勻， 因此主極不再需要模壓的極靴。

　?。?） 利用單邊磁拉力作為懸浮力， 因此直線電機(jī)除計(jì)算推力外， 還要計(jì)算懸浮力。

　?。?6） 邊緣效應(yīng)要用有限元法計(jì)算， 對(duì)直軸同步電抗x d 、交軸同步電抗x q 和直軸瞬態(tài)電抗x d ′等參數(shù)及推力要進(jìn)行適當(dāng)修正。

　?。?）旋轉(zhuǎn)同步電機(jī)的集膚效應(yīng)系數(shù)KF 的計(jì)算公式不能用于直線電機(jī)， 頻率f 》 30 Hz 時(shí)，直線電機(jī)隨頻率變化的系數(shù)取 KF = 1 +0.004（f -30）。 另外，因結(jié)構(gòu)不同，旋轉(zhuǎn)同步電機(jī)的機(jī)械損耗和溫升的計(jì)算公式均不適用于直線電機(jī)，需采用新的計(jì)算公式。

　?。?）懸浮和牽引系統(tǒng)合二為一，可根據(jù)列車重量確定電機(jī)磁路所需勵(lì)磁。先由車重確定懸浮力的大小，然后計(jì)算出氣隙磁密和氣隙磁通，即可確定磁路所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。

　　（9）列車重量在運(yùn)行時(shí)可近似看作常數(shù)，因此懸浮力及產(chǎn)生懸浮力的氣隙磁密基本恒定，運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以保持氣隙磁密不變，可見推力大小與定子繞組電流成正比。

　?。?0）由速度公式v=2 fτ可知，頻率增加時(shí)，速度增大，運(yùn)行阻力必定增大，因此所需推力及電流須相應(yīng)增大，即頻率最大時(shí)運(yùn)行阻力最大，相應(yīng)的推力及電流的穩(wěn)態(tài)值也將為最大。

　　圖2 主程序框圖

　?。?2）運(yùn)行時(shí)保持氣隙磁通不變，則電機(jī)磁路各部分的磁通密度也不變，因此磁路所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)一定而與頻率無關(guān)。

　　（13）電樞反應(yīng)發(fā)生在列車所在位置，電樞反應(yīng)電抗及電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)計(jì)算與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同。無列車處，定子繞組只產(chǎn)生漏磁通和漏電動(dòng)勢(shì)。

　?。?4）由于鐵耗近似與頻率的1.3 次方成正比，還與氣隙磁密的平方成正比，而列車重量一定時(shí)氣隙磁密不變，因此鐵耗只隨頻率變化，頻率最大時(shí)鐵耗最大;又由于銅耗與電流的平方成正比，而頻率最大時(shí)電流穩(wěn)態(tài)值最大，因此頻率最大時(shí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的銅耗也最大。

　　1.3 　電磁設(shè)計(jì)程序框圖在長定子同步直線電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，編制了其電磁設(shè)計(jì)程序，主程序框圖如圖2 所示。

2 計(jì)算例題

　　用本程序?qū)﹂L定子同步直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了計(jì)算，算例尺寸如圖3 所示。 列車由兩節(jié)車輛組成，總長54. 2 m ， 列車總重 108. 4 t ， 最大速度400 km/ h ， 運(yùn)行阻力60. 4 kN （400 km/ h 時(shí)）。 電動(dòng)機(jī)Y接法，最大相電壓 4 500 V ， 最大相電流1 200 A ， 供電頻率0～215 Hz ， 主極極對(duì)數(shù)160 ， 極距258 mm ， 氣隙10 mm.

　　圖3 長定子同步直線電動(dòng)機(jī)算例尺寸

　　計(jì)算得到的參數(shù)值為： 75 ℃ 、215 Hz 時(shí)，300 m 供電區(qū)段定子每相電阻為0. 283 8 Ω ，定子漏抗為21021 8Ω ， 直軸同步電抗為1. 195 8Ω ，交軸同步電抗為0. 943 3Ω ，勵(lì)磁繞組電阻為0. 815 5Ω ，勵(lì)磁繞組漏抗為 0. 172 9 Ω。 其它主要計(jì)算數(shù)據(jù)為：氣隙磁位降為11 967 A ， 空載所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為12 630 A ， 額定負(fù)載時(shí)所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為1 2280 A. 空載時(shí)勵(lì)磁繞組電流密度為1. 79 A/mm2，額定負(fù)載時(shí)勵(lì)磁繞組電流密度為1. 74 A/ mm2 ，勵(lì)磁裝置額定電壓為 295 V ，額定電流為307 A ，額定容量為90 kW.

　　300 m 供電區(qū)段內(nèi)，當(dāng)列車以400 km/ h 的速度恒速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)額定相電壓為4441 V ，額定相電流為758 A ，總損耗為647 W ，額定效率為91 %.

3 結(jié)束語

　　介紹了長定子同步直線電動(dòng)機(jī)的工作原理，指出了其電磁設(shè)計(jì)特點(diǎn)并編制了電磁設(shè)計(jì)程序，為長定子同步直線電動(dòng)機(jī)的計(jì)算提供了依據(jù).