混合勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)懸浮牽引控制器設(shè)計(jì)
史黎明1，謝吉1,2
(1.中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京100080；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100080)
摘要：分析了電磁永磁混合磁體直線同步電動(dòng)機(jī)的懸浮力和牽引力。勵(lì)磁磁極與電樞之問(wèn)懸浮力的關(guān)系可以分解為三部分，其中勵(lì)磁磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)之間相互作用的法向分量產(chǎn)生懸浮力，切向分量產(chǎn)生牽引力。在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出了實(shí)現(xiàn)懸浮力與牽引力獨(dú)立控制的算法并設(shè)計(jì)了懸浮與牽引控制器。電機(jī)磁場(chǎng)定向驅(qū)動(dòng)控制中，通過(guò)實(shí)施對(duì)定子d軸電流的零控制可以****程度減小對(duì)懸浮的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明控制效果令人滿意。
關(guān)鍵詞：混合磁體；直線同步電動(dòng)機(jī)；解耦控制方法；磁場(chǎng)定同控制
中圖分類號(hào)：TM359.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7018（2008）07-0039-03
O 引 言
混合磁體直線同步電動(dòng)機(jī)采用永磁材料加電磁繞組的混合方式勵(lì)磁，用高磁能積的永磁體產(chǎn)生的吸引力可以平衡部分甚至全列車負(fù)載重量，從而使懸浮時(shí)勵(lì)磁電流大大減少，勵(lì)磁損耗顯著降低[1,3]。
通常，懸浮力和牽引力是通過(guò)磁體勵(lì)磁電流和定子電樞電流分別單獨(dú)控制的。但是通過(guò)分析氣隙中的空間磁場(chǎng)，可知這兩個(gè)力相互耦合在一起[4,5]。定子電樞電流的幅值及與勵(lì)磁磁體之間的相位關(guān)系會(huì)影響懸浮力和牽引力。懸浮氣隙的改變也會(huì)影響驅(qū)動(dòng)控制。本文提出了懸浮力和牽引力的解耦控制算法，采用令d軸電流等于零的矢量控制可以基本消除電樞電流對(duì)懸浮力的影響。
圖1為研制的四點(diǎn)電磁永磁混合磁體懸浮與牽引系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛙囇b置實(shí)物照片。系統(tǒng)包括6 m長(zhǎng)的雙邊長(zhǎng)定子軌道、懸浮架裝置、牽引系統(tǒng)三部分。額定懸浮間隙12.5 mm，懸浮總重量約130kg。
1 混合磁體直線同步電動(dòng)機(jī)力的分析
混合磁體直線同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁磁體與電樞之間產(chǎn)生兩種力，即垂直方向的懸浮力和水平方向的牽引力。圖2為研制的混合磁體直線同步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)磁體和電樞結(jié)構(gòu)。
電磁永磁混合磁體懸浮牽引系統(tǒng)的懸浮力和牽引力可以通過(guò)磁場(chǎng)分層模型理論得到[3,4]。考慮混合磁直線同步電機(jī)的凸極效應(yīng)，則牽引力和懸浮力可以分別表示為：
2 懸浮力和牽引力控制器設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)該懸浮車輛的良好控制，即垂直方向上穩(wěn)定懸浮于某一氣隙高度和水平方向上按給定的速度、位置曲線精確運(yùn)行，需要控制懸浮力和牽引力互不干擾，即相互解耦。
要實(shí)現(xiàn)混合磁體直線同步電動(dòng)機(jī)懸浮力和牽引
3 動(dòng)態(tài)懸浮與牽引試驗(yàn)
控制實(shí)驗(yàn)中采用了通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)懸浮控制、調(diào)節(jié)電樞電流，并使功角為零，即id=O實(shí)現(xiàn)牽引控制的方案。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、電機(jī)相電流檢測(cè)電路、動(dòng)子位置檢測(cè)電路、功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路、上位機(jī)通訊電路、驅(qū)動(dòng)單元等部分組成[7]。
圖6為模型車兩個(gè)磁體的懸浮氣隙和對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流波形。示波器橫軸刻度為10/格。模型車從初始?xì)庀段恢?8.2 mm開(kāi)始起浮，穩(wěn)定懸浮至目標(biāo) |
