1. 2 　電磁設計特點

　　長定子同步直線電動機與一般旋轉(zhuǎn)電機相比，設計計算大致相同，需要經(jīng)過磁路計算、參數(shù)計算、額定勵磁磁動勢計算、勵磁數(shù)據(jù)計算、損耗和效率計算幾個部分［4 ］。 所不同的是設計長定子同步直線電動機時，要考慮長定子直線電機的自身特點、以及與一般旋轉(zhuǎn)電機的不同之處，主要表現(xiàn)為：

　?。?） 旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子受離心力作用，直線電機轉(zhuǎn)子不受離心力。

　?。?） 旋轉(zhuǎn)電機徑向單邊磁拉力互相抵消，只剩下切向力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩;直線電機單邊磁拉力不抵消， 正好利用它作為懸浮力。

　　（3） 直線電機具有邊緣效應。

　?。?） 一般旋轉(zhuǎn)電機定子繞組長期工作，繞組內(nèi)一直流有電流;而長定子直線電機定子繞組是短時間通電，短時工作。

　　綜上所述，可見長定子同步直線電動機有其自身的電磁設計特點，現(xiàn)歸納如下：

　　（1） 電機極數(shù)多， 取每極每相槽數(shù)q = 1 ;為便于布置繞組， 長定子采用單層繞組， 用電纜線直接埋入。

　?。?） 長定子繞組短時工作， 定子繞組電流密度j1 可選得大一些。

　?。?） 由于每極每相槽數(shù)q = 1 且采用均勻氣隙， 定子齒諧波磁動勢較大， 利用其產(chǎn)生的一階和二階齒諧波磁場與裝在轉(zhuǎn)子勵磁磁極表面上的直線發(fā)電機繞組相互作用， 在直線發(fā)電機繞組中感應出交流電， 輸出電功率。 當列車運行速度超過100 km/ h 時， 車輛所必需的勵磁磁能、空調(diào)、照明裝置以及輔助裝置所必需的能源均由直線發(fā)電機提供。

　?。?） 轉(zhuǎn)子不受離心力的影響， 而且氣隙均勻， 因此主極不再需要模壓的極靴。

　?。?） 利用單邊磁拉力作為懸浮力， 因此直線電機除計算推力外， 還要計算懸浮力。

　　（ 6） 邊緣效應要用有限元法計算， 對直軸同步電抗x d 、交軸同步電抗x q 和直軸瞬態(tài)電抗x d ′等參數(shù)及推力要進行適當修正。

　?。?）旋轉(zhuǎn)同步電機的集膚效應系數(shù)KF 的計算公式不能用于直線電機， 頻率f 》 30 Hz 時，直線電機隨頻率變化的系數(shù)取 KF = 1 +0.004（f -30）。 另外，因結(jié)構(gòu)不同，旋轉(zhuǎn)同步電機的機械損耗和溫升的計算公式均不適用于直線電機，需采用新的計算公式。

　?。?）懸浮和牽引系統(tǒng)合二為一，可根據(jù)列車重量確定電機磁路所需勵磁。先由車重確定懸浮力的大小，然后計算出氣隙磁密和氣隙磁通，即可確定磁路所需勵磁磁動勢。

　?。?）列車重量在運行時可近似看作常數(shù)，因此懸浮力及產(chǎn)生懸浮力的氣隙磁密基本恒定，運行時調(diào)節(jié)勵磁電流以保持氣隙磁密不變，可見推力大小與定子繞組電流成正比。

　?。?0）由速度公式v=2 fτ可知，頻率增加時，速度增大，運行阻力必定增大，因此所需推力及電流須相應增大，即頻率最大時運行阻力最大，相應的推力及電流的穩(wěn)態(tài)值也將為最大。

　　圖2 主程序框圖

　?。?2）運行時保持氣隙磁通不變，則電機磁路各部分的磁通密度也不變，因此磁路所需勵磁磁動勢一定而與頻率無關(guān)。

　?。?3）電樞反應發(fā)生在列車所在位置，電樞反應電抗及電樞反應磁動勢計算與一般旋轉(zhuǎn)電機相同。無列車處，定子繞組只產(chǎn)生漏磁通和漏電動勢。

　?。?4）由于鐵耗近似與頻率的1.3 次方成正比，還與氣隙磁密的平方成正比，而列車重量一定時氣隙磁密不變，因此鐵耗只隨頻率變化，頻率最大時鐵耗最大;又由于銅耗與電流的平方成正比，而頻率最大時電流穩(wěn)態(tài)值最大，因此頻率最大時穩(wěn)態(tài)運行時的銅耗也最大。

　　1.3 　電磁設計程序框圖在長定子同步直線電動機電磁設計特點的基礎(chǔ)上，編制了其電磁設計程序，主程序框圖如圖2 所示。

2 計算例題

　　用本程序?qū)﹂L定子同步直線電動機進行了計算，算例尺寸如圖3 所示。 列車由兩節(jié)車輛組成，總長54. 2 m ， 列車總重 108. 4 t ， 最大速度400 km/ h ， 運行阻力60. 4 kN （400 km/ h 時）。 電動機Y接法，最大相電壓 4 500 V ， 最大相電流1 200 A ， 供電頻率0～215 Hz ， 主極極對數(shù)160 ， 極距258 mm ， 氣隙10 mm.

　　圖3 長定子同步直線電動機算例尺寸

　　計算得到的參數(shù)值為： 75 ℃ 、215 Hz 時，300 m 供電區(qū)段定子每相電阻為0. 283 8 Ω ，定子漏抗為21021 8Ω ， 直軸同步電抗為1. 195 8Ω ，交軸同步電抗為0. 943 3Ω ，勵磁繞組電阻為0. 815 5Ω ，勵磁繞組漏抗為 0. 172 9 Ω。 其它主要計算數(shù)據(jù)為：氣隙磁位降為11 967 A ， 空載所需勵磁磁動勢為12 630 A ， 額定負載時所需勵磁磁動勢為1 2280 A. 空載時勵磁繞組電流密度為1. 79 A/mm2，額定負載時勵磁繞組電流密度為1. 74 A/ mm2 ，勵磁裝置額定電壓為 295 V ，額定電流為307 A ，額定容量為90 kW.

　　300 m 供電區(qū)段內(nèi)，當列車以400 km/ h 的速度恒速運行時，電動機額定相電壓為4441 V ，額定相電流為758 A ，總損耗為647 W ，額定效率為91 %.

3 結(jié)束語

　　介紹了長定子同步直線電動機的工作原理，指出了其電磁設計特點并編制了電磁設計程序，為長定子同步直線電動機的計算提供了依據(jù).