基于maxwell 2d的长定子直线同步电动机仿真

    闫文龙，潘孟春，翁飞兵，田武刚

    (国防科技大学．湖南长沙4l0073)

    摘要：采用maxwell 2d软件对长定子直线同步电动机的高速运行过程进行了建模与仿真，详细分析了直线电动机气隙电磁场的分布情况，综合比较了不同定子极距下的推力波动和悬浮力波动情况，得到了较理想模型，对此类问题的解决提供了一种陕捷有效的疗法．

0引  言

    常导吸浮型高速磁浮列车(采用常规导体线圈，运用异性磁极相吸原理)，以长定子直线同步电动机作为主要驱动部件，设计时速可达500km．在如此高速的环境中，研究列车上直线电机中电磁场变化及悬浮力波动和推力波动情况等现象，对于控制列车的高速稳态运行有重要意义。

    一般仿真软件比如ansys建立高速运行中的磁浮列车直线电机模型较为复杂，计算时问很长。而maxwell 2d软件采用自上而下的用户界面、****的自适应剖分技术、用户定义材料库等特点，易于使用，功能强大，极大地降低了建模的难度，缩短j，计算时间，我们可以直观准确地观察到任意时刻电磁场分布情况与不同结构参数和激励对电机的影响情况等工作性能指标。

1磁场分析理论

    磁浮列车i二长定子同步直线电动机的稳态时变电磁场分布满足一般的麦克斯韦方程组。另外，为更方便计算与显示各电磁场矢量之间关系，maxwell2d引入辅助变量矢量磁位a，满足如下关系：

式中：μ为媒质磁导率。若为直角坐标系，可推导出：

    按照麦克斯韦应力张量法，电机的推力和悬浮力计算公式如下：

式中：p为电机极对数；τ为定子极距；be为定子铁心宽度;μ0为空气磁导率；bx和by分别为磁感应强度b的水平方向和垂直方向分量。

2模型的建立及参数设置

    采用maxweu 2d软件的磁瞬态场分析模块建立磁浮列车上的长定子直线同步电动机二维模型。

    高速磁浮列车的轨道即为同步直线电机的长定子，而车体上动子的一个电磁铁组合由lo个中间模块(整极或主磁极)和2个端部模块(半极)组成，定子和动子极距相等都为266.6 mm，模型默认厚度为

1 m，如图1所示。

    定子绕组加载50 hz的三相对称正弦电流，幅值为，im=l00o a。发电绕组槽里安装绕组利用动子运动时产生的

感应电势发电(为简化分析，模型中省去发电绕组)。

动子励磁直流电流设为55／3 a，一个矩形绕组线圈(共270匝)上安匝数为55×270／3=4 950(安匝数)。

    动子同步运行速度v=2fτ=2×50×o.266 6=26 66 m／s。f为三相正弦交流电频率；τ为定子极距。

3仿真结果及其分析

3．1网格剖分

maxwell 2d采用****的自适应网格剖分技术，可以使用户方便快捷地对模型进行网格剖分，并可以根据剖分结果来重新设定网格剖分数据，网格剖分的三角形越小，计算结果越精确，如图2所示。

3 2电磁场分析

通过软件的后处理模块可以得到需要的电磁场磁力线a、电磁场感应强度b等矢量和标量分布，如图3所示。

从仿真结果可以看出，整个模型共有11个完整的磁力线回路，其它地方磁力线回路几乎没有．并且通过与其它观测点时刻比较可看出，随着动子的高速运行，磁力线回路基本保持不变地一起移动。

图1模型的气隙中央画条直线l，其长度与长定子轨道相等，运用field功能模块可以获得气隙中央磁场分析结果。图4和图5为气隙磁场在零和0.ol s时刻(其他观察点时刻也可以)沿气隙中央直线l的磁感应强度b的分布，考虑到整个模型较大，选择field模块自带的normalized distance把横坐标即直线l的长度做归一化处理，当然其原点都在图1中长定子轨道的起始位置。

从图4和图5可以看出，在0．0l s时刻动子发生了移动，沿气隙中央直线l磁感应强度b的x、y方向幅值主