直線感應電機梯形槽次級結構的有限元分析
朱金凱，吳峻
（國防科技大學機電工程與自動化學院，長沙410073）
摘要：基于maxwell2d建立了具有梯形槽結構的直線感應電機模型，對梯形槽結構直線感應電機模型的效率、推力、磁場分布進行了分析。與傳統導體板結構的直線感應電機進行對比，通過優化次級槽寬、槽距，仿真驗證了此種結構可以提高其效率和推力，改善直線感應電機的性能。
關鍵詞：直線感應電機；梯形槽maxwell 2d仿真；有限元分析
中圖分類號：tm346：tm359. 4 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010)06-0036-03
0引 言
直線感應電機在軌道交通中作為推進系統得到大量應用，如地鐵、輕軌、中低速磁懸浮列車等。然而由于直線感應電機鐵心開斷、漏磁較多，邊端效應導致其效率和功率因數較低，所以效率低、推力小是直線惑應電機的一大缺點.。本文針對直線感應電機的梯形槽結構進行有限元分析。
梯形槽結構主要是改變了次級的電阻率，同時改變次級感應渦流的流通路徑。通過次級感應板挖槽，可以提高次級感應板的電導率，改變渦流的縱向分量，由洛侖茲力可知『3。4』次級縱向感應電流分量與初級行波磁場沒有相互切割，不會產生推力，而這部分電流會產生歐姆損耗。所以，通過改變次級結構，可以優化直線感應電機的性能，提高直線感應電機的推力及效率。
1梯形槽結構直線感應電機的幾何模型
直線感應電機幾何模型如圖l所示。
表1為maxwell 2d中建立的直線感應電機仿真模型參數：
圖2為直線感應電機的兩種次級結構：一種是直線感應電機的傳統固體導體板結構，上面是鋁，下面是鐵軛；另一種是次級開槽的直線感應電機模型，上面是鋁槽，下面是鐵軛。
梯形槽結構電機模型是在maxwell 2d中設置時將次級鋁條進行端部連接，設置端部電感、電阻值連成梯形槽結構。次級鋁槽參數見表2。
對于直線感應電機梯形槽結構的優化設計主要有以下設計原則[5j：①次級梯形槽寬要滿足小于極距的長度；②槽與齒近似滿足1:2的關系。
2直線感應電機的推力及垂直力計算
電機中的電磁場是基于maxwell方程進行有限元計算，其電磁場方程組主要有如下方程，采用maxwell 2d進行有限元計算，得到推力計算公式為：
垂直力公式為：
3仿真分析
在maxwell 2d中，電磁瞬態仿真過程建模框圖如圖3所示。
仿真結果是在三相正弦恒幅恒頻電流源的情況下得到的，三相正弦電流源的有效值是150 a，頻率是13.5 hz。
傳統導體板結構的推力、垂直力、效率、氣隙磁通密度（縱向、橫向磁通分布）結果分析如下：
3.1直線感應電機推力曲線對比
由圖4，改變次級結構后，直線感應電機的推力特性得到明顯提高，推力變大。直線感應電機的牽引性能得到優化。
由圖5，改變梯形槽結構之后，直線感應電機的性能得到改善，輸入功率比傳統導體板結構 |
