直线同步电机运行状态计算和故障仿真分析

摘要

磁悬浮技术是近年来的研究热点之一，随着高速磁悬浮列车在我国交通运输业中的投入使用，人们对其运行安全性、可靠性提出了越来越高的要求。长定子直线同步电机作为磁悬浮列车的核心技术之一，其定子绕组内部故障是一种常见的、破坏性很强的故障。它主要包括单相短路、相间短路和开路故障，如不能及时发现及遏止故障的恶化，将会给磁悬浮列车的安全运行和乘客的人身安全带来一系列严重影响。因此，开展长定子直线同步电机定子绕组内部故障计算和仿真分析具有十分重要的理论意义和工程实用价值。
　　 在对定子绕组内部故障进行深入分析和研究的基础上开展了研究工作，主要内容有：
　　 （1）电感矩阵的准确计算是建立直线同步电机数学模型的关键。以绕组函数理论为基础，结合气隙磁导法，推导出适用于本文一对极模型的电感通用计算公式，计算定子三相绕组自感、互感及漏感等参数，形成相应的电感矩阵，通过求解电流微分方程得到正常运行时的电流波形，仿真得出电磁力随功角、气隙高度等参量变化的特性曲线。
　　 （2）建立直线同步电机的故障数学模型。将定子绕组的故障相按照故障类型的不同分成2个或者3个绕组，结合相应的参数来模拟故障情况。仿真得到不同故障类型、不同故障位置、不同短路匝数比下的定子故障电流、励磁电流、电磁牵引力、悬浮力等参量的变化情况，深入分析定子绕组内部故障对相互关联的各个电气量的影响。
　　 （3）选取直线同步电机正常及三种故障状态的电磁力进行三层小波包分解，得到对故障较敏感的特征向量样本，作为神经网络的输入向量，通过参数设计优化神经网络，实现对直线同步电机运行状态的实时判断。
　　 （4）根据软件实现的功能特点，选择MATLAB作为开发工具，遵循人机界面友好的原则实现长定子直线同步电机的运行状态计算和故障仿真识别、显示的软件系统。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究内容及方法综述

1.2.1 定子绕组内部故障分析方法

1.2.2 故障诊断识别技术

1.3 各章节内容综述

第二章 基于绕组函数理论建立直线同步电机数学模型

2.1 直线同步电机的工作原理

2.2 绕组函数理论

2.3 直线同步电机的数学建模

2.3.1 电感参数的计算

2.3.2 正常情况的电流及电磁力仿真结果

2.3.3 仿真结果与实验对比

2.4 小结

第三章 定子绕组内部故障仿真分析

3.1 前言

3.2 定子绕组单相短路仿真模型建立

3.3 定子绕组相间短路仿真模型建立

3.4 定子绕组单相开路仿真模型建立

3.5 各种运行故障的仿真结果

3.5.1 定子绕组发生α相短路

3.5.2 定子绕组发生b、c相间短路

3.5.3 定子绕组发生c相开路

3.5 小结

第四章 基于小波包和神经网络的故障诊断

4.1 前言

4.2 小波包理论

4.2.1 小波及小波包介绍

4.2.2 小波包分解实例计算

4.3 神经网络理论

4.3.1 神经网络介绍

4.3.2 神经网络实例训练

4.4 小结

第五章 界面设计

5.1 开发工具选择

5.2 软件界面

5.2.1 电机结构参数计算和波形显示界面

5.2.2 电机运行状态仿真及结果显示界面

5.2.3 故障诊断识别界面

5.3 小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况