反应板材料和结构对直线电机车辆性能的影响

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翻新时间：2023-04-15

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反应板材料和结构对直线电机车辆性能的影响

摘要对比了国外直线电机地铁车辆反应板的材料和结构,从理论上分析了采用铜、铝两种导电材料和整体式、叠片式两种背铁结构的反应板对直线电机车辆性能的影响。在直线电机反应板的设计中,从降低成本及材料和结构的有效性考虑,加减速区和坡度区的反应板采用铝片式背铁结构更加合理。

关键词直线电机,地铁车辆,反应板

反应板作为直线电机的一部分,其作用主要是产生感应电流。该电流同初级的行波磁场相互作用产生推力,以牵引车辆前进。因此,反应板的材料和结构对直线电机的性能将会有一定的影响。在轨道交通中,为了改善直线电机的牵引性能,通常在不同的区域采用不同的感应板材料或结构,以达到提高车辆性能并降低线路建造成本的目的。国外部分直线电机车辆线路反应板在不同区域采用的材料和结构如表1所示。

1 反应板材料对电机性能的影响

当仅考虑材料对电机性能的影响时,可忽略次级反应板的背铁结构,从而能更为直观地理解边端效应对推力的影响。此外,从图2中可以看出,纵向边端效应对采用铜作为导电板的削弱作用更强。其原因可以从纵向边端效应的形成来分析。从文献[3]中可知,纵向边端效应分为两种:第一类由于电机三相绕组空间位置不对称引起的纵向边端效应;第二类由于初级相对次级做直线运动而形成的纵向边端效应。第一类纵向边端效应只影响三相电流的不对称,并且当初级极数大于6(地铁车辆直线电机初级一般为6~8极[1])时,其影响可以忽略。第二类纵向边端效应则不同,是由于电磁感应而产生的。由电磁感应定律知该感应电动势的大小与初级和次级的相对运动速度有关。速度相同时,则感应电动势相同,其感应电流的大小与次级导体板的电导率成正比。由于铜的电导率大于铝,故其产生了较大的电流。从麦克斯韦电磁场方程知,该电流将产生较大的逆磁动势,从而对初级行波磁场的削弱更大,因此其产生的推力反而更小。从这点来说,采用铜作为反应板的导电板是值得商榷的。

2 反应板结构对电机性能的影响

当考虑到反应板的结构后,受背铁的影响,不能得到直线电机电磁场的解析表达式,故不能求出推力的各个分量。但合成推力可以用Parseval定理求解[2]。采用不同材料,不同结构的反应板对直线电机性能的影响如图4所示。

从图4中可以看出,由于背铁的影响,图2中给出的铜导电板的优势不复存在。整个滑差率范围内,采用铜导电板的直线电机的推力均小于同类型采用铝导电板的直线电机推力,而不管背铁的结构是整体式还是叠片式。由此可见,东京地铁12号线采用铜作为导电板材料的合理程度有待试验验证。

再从反应板的结构来看,当导电板的材料相同时,采用叠片式结构的电机其最大推力均比同种类型的整体式结构的电机有所提高,且采用铝导电板的电机提升的绝对值要大,约为5kN,而采用铜导电板电机的则为2kN。

3 结语

综合以上分析 ,笔者认为在直线电机反应板的设计中,从降低成本及材料和结构的有效性来看,采用庞巴迪公司的设计方案更为合理。但合理的程度需要更为详细的计算和试验。特别是采用新的结构后,垂向力对车辆结构的影响程度以及牵引力的提高程度,均需要进行更为精确的分析,以找出两者的平衡点。

参考文献 [2] YamamuraS. The oryoflinearinductionmotors[M].Tokyo:U-niversityofTokyoPress,1972.

[3] 上海工业大学,上海电机厂.直线异步电动机[M].北京:机械工业出版社,1979.