基于Simplorer场路耦合多物理域的磁浮列车直线电机联合仿真研究

作     者：李杭 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张昆仑

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：直线感应电机 场路耦合 联合仿真 矢量控制 恒电流恒滑差控制 Simplorer 

摘      要：为模拟实际电机的运行情况,弥补Matlab对电机仿真时侧重点在电机的控制上而忽略电机自身的非线性特点和ANSYS Maxwell软件电磁仿真过程无法加入复杂控制系统的问题,以此提出在Simplorer环境下将复杂控制电路和Maxwell软件搭建的电机有限元模型进行结合,实现电路和磁场的耦合,提出多物理领域联合仿真的思想。与此同时,也能解决法向力复杂计算的问题。论文中使用的电机为单边直线感应电机(SLIM,Single-sided linear induction motor),即磁浮列车牵引系统车用电机,控制部分将使用现在较常用的控制方式:矢量控制和恒电流恒滑差控制,将从各个方面去分析电机的性能。本论文主要分以下几部分:第一部分,介绍磁浮列车牵引系统的相关原理,回顾直线感应电机发展过程和电机驱动技术演变历史和介绍电机的边端效应影响。同时利用Maxwell软件分析,电机变结构参数对电机运行的影响。第二部分,介绍矢量控制和恒电流恒滑差频率控制技术基本理论。第三部分,进行联合仿真,控制方法采用矢量控制技术。利用Matlab和Simplorer搭建电机矢量控制电路和Maxwell软件搭建直线感应电机有限元模块实现场路耦合联合仿真,通过对电机的磁场分布、速度波形、电流波形、推力波形和法向力波形等的分析,比较通透的了解电机的工作原理。第四部分,应用恒电流恒滑差频率控制技术实行联合仿真。在整个联合仿真过程中的,给定滑差频率和定子电流,得到恒定的推力和法向力,这就是恒电流恒滑差控制。为了得到电机的最优运行效果,改变电机的滑差频率,主要给定设置6个滑差频率,分别是5Hz、8Hz、10Hz、13Hz、16Hz。比较各滑差频率运行时,分析电机的输出特性,得到能使直线感应电机运行最佳的滑差频率。对于改变定子电流运行的情形,因工作量比较大、仿真时间较长等问题,这里不予考虑。最后,总结两种控制仿真的结果,进行综合性的比较,得出各控制技术的优势和缺陷,为直线感应电机在各领域的应用提供可靠的参考意见。