摘要：分析了用于城市轨道交通的直线感应电机的结构特征及其等效电路，阐述了相关参数的计算方法，包括电机励磁电抗、效率、功率因素等，并应用ansoft有限元软件，对一台直线感应电机样机进行了电磁分析。通过有限元仿真与分析，得出了电机内部电磁场的分布特点和规律，研究结果为直线感应电机电磁设计提供了理论基础。同时，仿真结果对今后电机控制系统的设计有着重要意义。

关键词：直线感应电机；等效电路；有限元分析法；推力；法丙力；磁通线

中图分类号：tm359.9; tm343    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)05-0006-04

 

0  引言     直线感应电机轮轨交通系统是一种新型的城市轨道交通制式，在许多城市均有应用。我国经济的快速发展和城市化进程加速，迫切需要建设各种经济、适用的城市轨道交通系统。基于直线感应电机( lim)驱动技术的轨道交通系统具有轨道造价低、截面结构紧凑、节省空间和可靠性高等优点，是我国城市轨道交通的优先选择方案之一。

    由于直线电机本身结构的特殊性，在对直线电机进行设计时所采用的等效电路，边端效应的归算没有统一的模型和算法，本文在适度简化的基础上建立了直线感应电机电磁场动态仿真模型，给出分析结果，为电机设计及控制系统研究提供了理论基础。

    图1是用于轨道交通系统lim的结构示意图（未画绕组）。电机初级铁轭和绕组安裴在列车上；次级感应板和铁轭安装在铁轨一侧。定子绕组由车载电压型三相pwm变频器供电。变频器采用电流闭环控制，当三相正弦波电流通入定子绕组时，初、次级间的气隙中将产生沿前进方向运动的磁场，它在次级感应板和铁轭中感应出涡流，从而产生牵引力，推动列车前进。这种电机采用低频直接起动。

    在不考虑直线感应电机的动态横向边缘效应和纵向边缘效应时，可以使用与旋转感应电机相同的等效电路。由于直线电机的铁心磁通密度通常较低，铁损耗很小，因此在等效电路中可以忽略与铁损耗相对应的电阻。且直线电机在采用非磁性次级时，次级导体板的漏抗很小，可以认为x2=0经过这样的简化后，在不考虑边缘效应时，对于非磁性次级的直线电机可以得到如图2所示的等效电路[2]。

    通常，当极数2p≥6时，脉振磁通密度幅值与行波磁通密度幅值相比可以忽略不计。纵向动态边端效应所产生的附加电流将使直线电机的损耗增加，功率因素降低，出力减小，在高速运动的直线电机中表现显著，低速情况下则可忽略。

  对于一般的直线电机，其次级导体板的宽度常常大于初级铁心叠片的厚度，通常不考虑由于横向边端磁通密度分布不均匀所产生的进人次级磁通总量的变化，亦即不考虑第一类横向边缘效应。由于次级电流的不平行分布及气隙磁通密度沿与电机齿槽方向的不均匀分布常被称为第二类横向边缘效应，可用卡特系数kc来修正。

式中，μ0为真空磁导率；wsc为电机初级等效宽度；kw为绕组系数；nph为初级绕组每相串联匝数；p为极对数；gei为等效气隙；ws为电机初级宽度；q1为每级每相槽数；lce为绕组端部长度；jc 为初级绕组电流密度；f为电源频率；σc为绕组电

导率；σei为修正的铝板电导率（考虑第二类横向边端效应）；τ为极距；i1为初级电流。

    品质因数c是评价直线电机性能最合适的一个因数，用来说明直线电机把一种能力转换为另一种能量的能力。

电机品质因数

初级等效电流层幅值