Комбинированная система тяги и боковой стабилизации для магнитолевитационного транспорта

Аннотация

Комбинированная система тяги и боковой стабилизации для магнитолевитационного транспорта

Полный текст

Одним из наиболее перспективных и экологически чистых новых видов транспортных средств является высокоскоростной магнитнолевитационный транспорт, перемещающийся со скоростями порядка 500 км/час. На современном этапе развития общества в качестве основного вида электрических машин для высокоскоростного магнитнолевитационного транспорта целесообразно использовать линейные асинхронные двигатели (ЛАД) с продольно-поперечным магнитным потоком, которые являются комбинированными системами тяги и боковой стабилизации. Большое влияние на величины тягового и бокового усилий ЛАД с продольно-поперечным магнитным потоком оказывает характер распределения тока во втортоичном элементе, на который существенным образом влияет распределение магнитодвижущих сил (МДС) в воздушном зазоре машины. Предложена конструкция ЛАД с продольно-поперечным магнитным потоком для комбинированной системы тяги и боковой стабилизации магнитолевитационного транспорта, развивающая повышенные усилия боковой стабилизации за счет создания в поперечном направлении беззубцовых активных зон индуктора, выполнено математическое моделирование МДС в зазоре тягового линейного двигателя данного типа. Для анализа  приняты допущения о равномерности распределения магнитной индукции в воздушном зазоре в поперечном и синусоидальном характере ее изменения в продольном направлении.  Это позволило разработать новую математическую модель распределения МДС в воздушном зазоре линейного асинхронного двигателя с  продольно-поперечным магнитным потоком. Разработанная математическая модель для расчета МДС тяговой линейной машины позволит повысить точность расчета тяговых и стабилизирующих боковых усилий комбинированной системы  для магнитнолевитационного транспорта, в том числе и при различном взаимном расположении индуктора относительно вторичного элемента.

Для анализа характера распределения магнитодвижущей силы линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком приняты допущения: магнитная проницаемость магнитопровода равна бесконечности; электрическая проводимость магнитопровода равна нулю; ток индуктора сосредоточен в бесконечно тонком слое на поверхности зубцов, обращенных ко вторичному элементу; ток индуктора создает в направлении оси «x» синусоидально бегущую  волну МДС; составляющие плотности тока по оси «y» в индукторе и вторичном     элементе равны нулю.

Для исследуемого варианта конструкции линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком в соответствии с расчетными моделями и с учетом принятых при анализе допущений определены значения магнитодвижущих сил для всех рассматриваемых 24 зон в поперечном направлении.

Установлено, что МДС в воздушном зазоре рассматриваемого линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком представляет собой периодическую функцию с периодом $T_x=l$ по оси «x» в продольном и с периодом $T_z=2L$ по оси «z» в поперечном движению магнитнолевитационного транспорта направлении.

Магнитодвижущую силу линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком с учетом особенностей конструкции его индуктора после ряда преобразований представим в виде двойного ряда Фурье

$F(x,z,t,)=\frac{8\tau F_m}{{\pi }^{2}l}\sum _n\sum _{\nu }{n}_{л}\cos (\pi n\frac{z}{L}){\nu }_{к}{e}^{j(\omega t+2\pi \nu \raisebox{1ex}{$x$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$l$}\right.)},$

где F_m – амплитуда первой гармоники МДС;

τ – полюсное деление ЛАД;

 - целое, положительное, нечетное число - порядок гармонической составляющей МДС по оси «z», где период первой гармоники составляет 2L = 4(a + b);

a, b – размеры  индуктора в поперечном направлении;

n - любое целое число - порядок гармоники в направлении оси «x»;

$n_{Л}$ - коэффициент, учитывающий распределение МДС в зоне  лобовых частей обмотки.

 Предложенный подход к определению распределения МДС позволяет свести реальные модели ЛАД с продольно-поперечным магнитным потоком со сложным строением магнитных систем индукторов к расчетным математическим, позволяющим рассчитывать магнитное поле ЛАД для комбинированных систем тяги и боковой стабилизации высокоскоростного магнитнолевитационного транспорта.