《軌道交通車輛新技術(shù)》課件 5-1-3磁浮列車牽引技術(shù)

直線電機(jī)在磁懸浮列車中的應(yīng)用與突破磁懸浮列車的牽引技術(shù)01直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)02直線電機(jī)的工作原理CONTENTS03直線電機(jī)對(duì)于磁懸浮列車的牽引推動(dòng)作用直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。直線電機(jī)直線電機(jī)是20世紀(jì)下半葉電工領(lǐng)域中產(chǎn)生的具有新原理、新理論的新技術(shù)。新技術(shù)直線電機(jī)概述扁平形直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要制成扁平形、圓筒形或盤形等各種形式，采用交流電源、直流電源或脈沖電源等各種電源進(jìn)行工作。圓筒形扁平形直線電動(dòng)機(jī)可以看作是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的演變，將旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，然后將電機(jī)的圓周展成直線。盤形演變而來的直線電機(jī)，其初級(jí)和次級(jí)長(zhǎng)度是相等的，為了保持耦合不變，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將初級(jí)與次級(jí)制造成不同的長(zhǎng)度。直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式圖中演變而來的直線電機(jī)，其初級(jí)和次級(jí)長(zhǎng)度是相等的，由于在運(yùn)行時(shí)初級(jí)與次級(jí)之間要作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，初級(jí)與次級(jí)之間互相耦合的部分越來越少，而不能正常運(yùn)動(dòng)。直線電機(jī)為了保證在所需的行程范圍內(nèi)，初級(jí)與次級(jí)之間的耦合能保持不變，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將初級(jí)與次級(jí)制造成不同的長(zhǎng)度。初級(jí)與次級(jí)直線電機(jī)演變過程初級(jí)與次級(jí)長(zhǎng)度的關(guān)系直線電機(jī)演變直線電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的演變，將旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，并將圓周展成直線，得到最原始的直線電機(jī)。由定子演變而來的一側(cè)稱為初級(jí)或原邊，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級(jí)或副邊。圖中演變而來的直線電機(jī)，其初級(jí)和次級(jí)長(zhǎng)度是相等的，需保證在所需行程范圍內(nèi)，初級(jí)與次級(jí)之間的耦合保持不變。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將初級(jí)與次級(jí)制造成不同的長(zhǎng)度，以降低成本并確保運(yùn)行穩(wěn)定。短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)和長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)是常見的制造方式。由于短初級(jí)在制造成本和運(yùn)行費(fèi)用上低于短次級(jí)，因此目前除特殊場(chǎng)合外，一般均采用短初級(jí)。定子與轉(zhuǎn)子制造成本推薦使用初級(jí)與次級(jí)長(zhǎng)度單邊型與雙邊型結(jié)構(gòu)在直線電機(jī)制造時(shí)，僅在一邊安放初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形式稱為單邊型直線電機(jī)。單邊型直線電機(jī)單邊型電機(jī)特點(diǎn)法向吸力作用雙邊型直線電機(jī)單邊型直線電機(jī)一個(gè)最大特點(diǎn)是在初級(jí)與次級(jí)之間存在著一個(gè)很大的法向吸力。法向吸力在鋼次級(jí)時(shí)為推力的10倍左右，在大多數(shù)的場(chǎng)合下，這種法向吸力是不希望存在的。如果在次級(jí)的兩邊都裝上初級(jí)，那么這個(gè)法向吸力可以相互抵消，這種結(jié)構(gòu)形式稱為雙邊型。圓筒形直線電機(jī)圓筒形直線電機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變過來的，其演變的過程如圖所示。圓筒形電機(jī)演變a表示一臺(tái)旋轉(zhuǎn)式電機(jī)以及定子繞組所構(gòu)成的磁場(chǎng)極性分布情況。旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁場(chǎng)b表示轉(zhuǎn)變?yōu)楸馄叫沃本€電機(jī)后，初級(jí)繞組所構(gòu)成的磁場(chǎng)極性分布情況。扁平形電機(jī)磁場(chǎng)將扁平形直線電機(jī)沿著和直線運(yùn)動(dòng)相垂直的方向卷接成筒形，這樣就構(gòu)成c所示的圓筒型直線電機(jī)。圓筒形電機(jī)構(gòu)成圓盤形直線電機(jī)圓盤形直線電機(jī)次級(jí)圓盤形直線電機(jī)將次級(jí)做成一片圓盤，初級(jí)放在次級(jí)圓盤靠近外緣的平面上，盤形直線電機(jī)的初級(jí)可以是雙面的，也可以是單面的。圓盤形直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)圓盤形直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，然而由于它的運(yùn)行原理和設(shè)計(jì)方法與扁平形直線電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，故仍歸入直線電機(jī)的范疇。直線電機(jī)的工作原理直線電機(jī)的基本工作原理直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的傳動(dòng)裝置，而不需任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。演變而來的直線電機(jī)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要制成扁平形、圓筒形或盤形等，采用交流、直流或脈沖電源進(jìn)行工作。旋轉(zhuǎn)電機(jī)與直線電機(jī)的關(guān)系直線電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種演變，可以看作是將一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開。直線電機(jī)的應(yīng)用直線電機(jī)在許多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，如磁懸浮列車、精密機(jī)床、電磁泵等，以實(shí)現(xiàn)高效、精確的運(yùn)動(dòng)控制。次級(jí)為柵形次級(jí)假定次級(jí)為柵形次級(jí)，次級(jí)導(dǎo)條在行波磁場(chǎng)切割下，將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流。導(dǎo)條電流與氣隙磁場(chǎng)所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生電磁推力，使次級(jí)順著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向做直線運(yùn)動(dòng)。次級(jí)移動(dòng)速度與轉(zhuǎn)差率次級(jí)移動(dòng)的速度用v表示，轉(zhuǎn)差率用s表示，則s的大小在0與1之間，確保電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。次級(jí)感應(yīng)電流與電磁推力分析直線電機(jī)的應(yīng)用與變化03懸浮電磁鐵與磁鐵相互作用利用安裝在列車兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設(shè)在軌道上的磁鐵，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的吸力是車輛浮起來。01直線電機(jī)應(yīng)用廣泛直線電機(jī)在許多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，如磁懸浮列車、精密機(jī)床、電磁泵等。02磁懸浮列車模型常導(dǎo)高速磁懸浮列車模型采用“異性相吸”原理設(shè)計(jì)，是“常導(dǎo)磁吸型”簡(jiǎn)稱“常導(dǎo)型”直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁懸浮列車。直線電機(jī)的應(yīng)用與變化精確控制電磁鐵電流直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)繞組裝在車廂底部，次級(jí)反應(yīng)軌由鋁鋼復(fù)合板制成，固定在路基上。懸浮列車的驅(qū)動(dòng)和同步直線電動(dòng)機(jī)原理一模一樣，交流電在線圈中流動(dòng)，使其變成電磁體，與列車上的電磁體相互作用，推動(dòng)列車前進(jìn)。列車頭部的電磁體N極被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體S極所吸引，同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體N極所排斥。列車前進(jìn)時(shí)，線圈里流動(dòng)的電流方向就反過來，即原來的S極變成N極，N極變成S極。循環(huán)交替，列車就向前奔馳。驅(qū)動(dòng)和同步直線電動(dòng)機(jī)原理列車頭部的電磁體N極線圈里流動(dòng)的電流方向直線電機(jī)對(duì)于磁懸浮列車的牽引推動(dòng)作用磁懸浮列車模型介紹懸浮電磁鐵與磁鐵列車采用懸浮電磁鐵和軌道上磁鐵相互作用，使車輛浮起來，實(shí)現(xiàn)磁懸浮效果。磁懸浮列車模型常導(dǎo)高速磁懸浮列車模型采用“異性相吸”原理設(shè)計(jì)，是“常導(dǎo)磁吸型”（簡(jiǎn)稱“常導(dǎo)型”）直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁懸浮列車。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)繞組裝在車廂底部，次級(jí)反應(yīng)軌由鋁鋼復(fù)合板制成，固定在路基上。列車懸浮軌道運(yùn)行通過控制電磁鐵電流，使轉(zhuǎn)向架和列車間吸引力與重力相互平衡，將列車浮起1厘米左右，使列車懸浮在軌道上運(yùn)行。電磁鐵電流控制反應(yīng)軌下面還裝有電磁鐵，從側(cè)面與車廂連接，控制電磁鐵電流使與軌道間保持1厘米間隙。懸浮電磁鐵與磁鐵相互作用電磁鐵電流控制通過精確控制電磁鐵的電流，可以調(diào)節(jié)電磁鐵與軌道之間的間隙，保持列車的穩(wěn)定懸浮。列車重力與吸引力平衡轉(zhuǎn)向架和列車間的吸引力與列車重力相互平衡，使列車能夠懸浮在軌道上運(yùn)行。電磁鐵與磁鐵相互作用懸浮列車的懸浮電磁鐵與軌道上的磁鐵相互作用，產(chǎn)生吸力使車輛浮起來。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成123直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)繞組裝在車廂底部，次級(jí)反應(yīng)軌由鋁鋼復(fù)合板制成，固定在路基上。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成次級(jí)反應(yīng)軌由鋁鋼復(fù)合板制成，這種材料具有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，能夠提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。鋁鋼復(fù)合板制作反應(yīng)軌下面還裝有電磁鐵，從側(cè)面與車廂連接，控制電磁鐵電流使與軌道間保持1厘米間隙。電磁鐵與軌道間隙電磁鐵電流控制電磁鐵電流控制精確控制電磁鐵的電流是確保列車懸浮和驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵，電流過大或過小都可能影響列車的穩(wěn)定性和安全性。電磁鐵與軌道間隙電磁鐵與軌道之間保持1厘米的間隙，確保列車懸浮運(yùn)行，間隙過大或過小都可能導(dǎo)致列車與軌道接觸。列車重力與吸引力轉(zhuǎn)向架和列車間的吸引力與列車重力相互平衡，確保列車穩(wěn)定懸浮，磁鐵吸引力將列車浮起1厘米左右。精確控制電流控制電磁鐵電流需精確，過高或過低都可能影響列車穩(wěn)定性和安全性，確保列車懸浮和驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵。01020304驅(qū)動(dòng)與同步直線電動(dòng)機(jī)原理

直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)懸浮列車采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，原理與同步直線電動(dòng)機(jī)相同，交流電在線圈中流動(dòng)，產(chǎn)生電磁力，推動(dòng)列車前進(jìn)。電磁體相互作用列車頭部的電磁體N極被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體N極所排斥，同時(shí)被靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體S極所吸引。電流方向反轉(zhuǎn)列車前進(jìn)時(shí)，線圈中流動(dòng)的電流方向會(huì)反轉(zhuǎn)，原來的S極變成N極，N極變成S極，循環(huán)交替，使列車向前奔馳。導(dǎo)向系統(tǒng)控制導(dǎo)向系