一种电动悬浮静态实验模拟方法及其实施结构技术

一种电动悬浮静态实验模拟方法及其实施结构，通过场‑路‑运动耦合理论模型计算出运动磁体在零磁通地面线圈中产生的感应电流，通过电力电子转换模块获得相应波形的电流，并将其以一定相序通入至零磁通线圈中，产生行波磁场，用磁场运动而磁体静止的方式等效模拟电动悬浮的动态运行。该装置为：可升降平台下部装有液压装置，磁体安装在低温容器内，低温容器安装在滑动平台上，安装在可升降平台上的步进电机轴连接传动丝杠，传动丝杠与传动块螺旋连接，传动块与低温容器固联；零磁通线圈设置在散热容器内，散热器左侧设安装有驱动线圈的梯形轨道墙。本发明专利技术具有结构简单、不涉及高速运动，占用空间小，成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种电动悬浮静态实验模拟方法及其实施结构
本专利技术涉及磁浮交通、超导磁体等
，具体涉及一种电动悬浮静态实验模拟方法及其实施机械结构。
技术介绍
电动悬浮(简称EDS)列车基于动生原理，列车运行时，车载磁体磁力线切割轨道线圈或感应板产生感应电流，二者相互作用产生磁升力平衡重力实现车体悬浮，并且磁升力随着车速增加而增大，当列车达到一定速度后，磁升力能够平衡重力，车体起浮。车载磁体可同时实现悬浮、推进和导向，系统具有自稳定恢复能力。电动悬浮按地面轨道类型可分为感应板式与零磁通线圈式。零磁通式一般采用8字形轨道线圈与车载超导磁体相结合的结构，相较于感应板式，零磁通式具有浮阻比高、悬浮间隙大、自稳定性好的优点，被应用于以日本山梨线为代表的磁浮交通系统中。实验测试是开展电动悬浮技术研究的必备手段。虽然缩比或全尺寸试验线可以更好地模拟真实工况，指导工程设计，但一般要长达数公里，占用空间大、投资高。因此，在前期基础研究阶段，一般选择室内等效模拟实验。目前主要的室内等效模拟实验方法有两种：①将真实的直线运动等效为垂直旋转运动，以垂直圆周运动的线速度模拟实际的直线运动速度，采用这种方法制造的室内模拟实验设备为圆筒式结构。这种方法的优点是可以制作出较大直径的圆筒，模拟较高的运行速度，但可模拟的悬浮间隙分布不均匀，难以反映实际工况。此外，由于离心力作用可能会造成圆筒脱离固定轮毂，实际可模拟的速度也受到限制，不能无限制的增加；②将真实的直线运动等效为水平旋转运动，以水平圆周运动的线速度模拟实际的直线运动速度，采用这种方法制造的室内模拟实验设备为圆盘式结构。这种方法的优点是可模拟的悬浮间隙是均匀的，能反映真实工况，但沿径向线速度是变化的，与实际工况不符。由于上述两种方法都涉及高速的旋转运动，不仅成本高和耗能大，且存在较大的安全隐患，对基础条件要求较为苛刻。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的问题而提供一种不涉及高速旋转运动、结构简单、成本低的电动悬浮静态实验模拟装置，旨在避免磁体高速旋转运动在零磁通线圈中产生电流。本专利技术的目的是这样实现的：一种电动悬浮静态实验模拟装置，包括工控机，底座与可升降平台之间安装有多个液压装置，步进电机安装在可升降平台上，步进电机轴上固联有一根传动丝杠，传动丝杆左侧外端与方形的移动块螺旋联接，跑道形超导磁体安装固定在低温容器中，支撑悬挂平台竖向焊接在滑动平台上，支撑悬挂平台位于低温容器与移动块之间、且经螺栓分别与低温容器和移动块相固定，低温容器固定在滑动平台上，滑动平台底面与安装在可升降平台上的滑轨形成滑动配合关系，滑动平台底部以及底座上均设置有位移传感器，低温容器底部以及低温容器与支撑悬挂平台之间均设置有力传感器，零磁通线圈安装在预制卡盒中，预制卡盒设置在散热容器内，散热容器设置在低温容器左侧，且位于底座以外，梯形轨道墙设置在散热容器左侧，驱动线圈安装在梯形轨道墙右侧面凹槽中，并沿凹槽水平中心轴线设置，凹槽水平中心轴线以及零磁通线圈的水平中心轴线离地面的距离相等，电力电子转换模块、所述工控机以及变频器均设置在梯形轨道墙处；上述位移传感器和力传感器的信号以及由场-路-运动耦合模型对应的电流控制方程计算所得电流数据分别输出至所述工控机；工控机的电流控制信号输出至电力电子转换模块，电力电子转换模块产生的电流输出至零磁通线圈中，引入外接三相电源的变频器与驱动线圈连接为驱动线圈提供电源。所述散热容器上设置有冷却液注入口和排气口。所述液压装置为4个均布设置的液压缸。所述散热容器底部有电缆线引出口，用作为零磁通线圈引入电流的电缆接线端子经电缆线引出口向外引出；电缆接线端子采用耐低温耐腐蚀材料制作。所述低温容器为液氮低温容器，所述散热容器中的冷却液为液氮。所述预制卡盒内铸有用于安装零磁通线圈的卡槽。本专利技术又一目的是提供一种电动悬浮静态实验模拟方法。本专利技术的又一目的是这样实现的：一种电动悬浮静态实验模拟方法，包括以下步骤：1)、零磁通线圈中人工输入的交变电流波形由场-路-运动耦合模型计算获得，该模型对应的电流控制方程如下：式中：R为零磁通线圈总电阻的1/2；ik为零磁通线圈中感应电流，k＝1～n，n为零磁通线圈数量；Ij为磁体电流，j＝1～m，m为跑道形超导磁体的数量；Lk,n+k为将零磁通线圈8看做为上下两部分时，各个线圈回路之间互感及其自感参数；Gp,j为跑道形超导磁体23对零磁通线圈8上部或下部线圈的互感对x的偏导数，p＝1～2n；Vx为沿x方向跑道形超导磁体运动速度；运用时间步长迭代求解法即可解上述方程，本算法的迭代方程如下：2)、将计算所得电流输入工控机中，工控机的电流控制信号输出至电力电子转换模块；电力电子转换模块根据相位差在不同位置的零磁通线圈中按照一定相序通入相应的交变电流，零磁通线圈中产生行波磁场用以等效模拟跑道形超导磁体的运动。本专利技术通过在零磁通线圈中输入交变电流来模拟磁体运动在零磁通线圈中产生的感应电流，以静态实验等效模拟运动磁体与地面零磁通线圈的动态电磁作用。零磁通线圈中输入的交变电流由场-路-运动耦合模型解析计算获得。将理论求解得到的电流波形输入工控机中，经由工控机处理后输出至电力电子转换模块，产生需要的输入电流波形；磁体固定于低温容器中，经连接杆支撑，低温容器通过力传感器经螺栓固定于磁体支撑架右侧面及磁体支撑架下滑动平台(水平板件)，滑动平台底部装有滑轨，用于调节支撑架与零磁通线圈的间距，力传感器信号输出侧接工控机，零磁通线圈安装至预制卡盒中，卡盒中装有固定螺栓用于连接卡盒与零磁通线圈散热容器及梯形轨道墙，散热容器上部有冷却液注入口、排气口，底部有电缆线引出口，零磁通线圈电流输入接线端经电缆线引出口连接至电力电子转换模块的输出端，在支撑平台底部装有位移传感器。用于驱动的直线电机的定子线圈(即驱动线圈)安装于梯形轨道墙右侧面凹槽中。本装置用于测量不同工况下电动悬浮系统的力、振动、磁场等关键性能参数。零磁通线圈中感应电流计算由编程算法实现，通过控制方程式能得到感应电流，结合相关软件对数据进行采集处理，将计算得到的交变电流数据经工控机处理后将电流控制信号输入至电力电子转换模块，产生相应波形的电流，然后按照一定相序通入相应的零磁通线圈中，产生行波磁场，用磁场运动而磁体静止的方式模拟电动悬浮动态运行。本专利技术的有益效果是：为解决上述两种典型实验模拟方法存在的问题，本专利技术提出一种仿真计算与实验测量相融合的混合模拟方法，利用理论模型计算获得不同运动速度下车载磁体在地面零磁通线圈中感应出的电流波形，通过电力电子转换模块产生相应波形的电流，将其施加于零磁通线圈中，通过力传感器等手段获得该电流作用下零磁通线圈与磁体之间的电磁力及其力矩等参数，实验模拟评估不同运行速度下电动悬浮系统的悬浮与导向能力。本专利技术既可用于测试电动悬浮系统中零磁通线圈与磁体单独作用实验，也可用于测试直线电机驱动线圈(定子)，同时还能将直线电机驱动线圈(定子)与零磁通线圈同时通电工作，实时模拟电动悬浮系统的悬浮、导向与推进性能。相比于传统圆筒和转盘形结构的测试装置，避免了因离心力的限制不能进行更高速度测试，本专利技术速度项仅与行波磁场的频率有关，并且装置的测试间距可控且均匀分布，与转盘形结构相比克服了转盘半径造成的线速度变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动悬浮静态实验模拟实施结构，包括，工控机，其特征在于，底座(24)与可升降平台(19)之间安装有多个液压装置(20)，步进电机(18)安装在可升降平台(19)上，步进电机轴上固联有一根传动丝杠(22)，传动丝杆左侧外端与方形的移动块(25)螺旋联接，跑道形超导磁体(23)安装固定在低温容器(3)中，支撑悬挂平台(5)竖向焊接在滑动平台上，支撑悬挂平台(5)位于低温容器与移动块之间、且经螺栓分别与低温容器和移动块相固定，低温容器(3)固定在滑动平台(6)上，滑动平台底面与安装在可升降平台上的滑轨(7)形成滑动配合关系，滑动平台底部以及底座上均设置有位移传感器(21)，低温容器底部以及低温容器与支撑悬挂平台之间均设置有力传感器(4)，零磁通线圈(8)安装在预制卡盒(9)中，预制卡盒设置在散热容器(10)内，散热容器(10)设置在低温容器(3)左侧，且位于底座(24)以外，梯形轨道墙(11)设置在散热容器(10)左侧，驱动线圈(16)安装在梯形轨道墙(11)右侧面凹槽中，并沿凹槽水平中心轴线设置，凹槽水平中心轴线以及零磁通线圈(8)的水平中心轴线离地面的距离相等，电力电子转换模块(2)、所述工控机(1)以及变频器(17)均设置在梯形轨道墙(11)处；上述位移传感器(21)和力传感器(4)的信号以及由场‑路‑运动耦合模型对应的电流控制方程计算所得电流数据分别输出至所述工控机(1)；工控机(1)的电流控制信号输出至电力电子转换模块(2)，电力电子转换模块(2)产生的电流输出至零磁通线圈(8)中，引入外接三相电源的变频器(17)与驱动线圈(16)连接为驱动线圈提供电源。...

【技术特征摘要】
1.一种电动悬浮静态实验模拟实施结构，包括，工控机，其特征在于，底座(24)与可升降平台(19)之间安装有多个液压装置(20)，步进电机(18)安装在可升降平台(19)上，步进电机轴上固联有一根传动丝杠(22)，传动丝杆左侧外端与方形的移动块(25)螺旋联接，跑道形超导磁体(23)安装固定在低温容器(3)中，支撑悬挂平台(5)竖向焊接在滑动平台上，支撑悬挂平台(5)位于低温容器与移动块之间、且经螺栓分别与低温容器和移动块相固定，低温容器(3)固定在滑动平台(6)上，滑动平台底面与安装在可升降平台上的滑轨(7)形成滑动配合关系，滑动平台底部以及底座上均设置有位移传感器(21)，低温容器底部以及低温容器与支撑悬挂平台之间均设置有力传感器(4)，零磁通线圈(8)安装在预制卡盒(9)中，预制卡盒设置在散热容器(10)内，散热容器(10)设置在低温容器(3)左侧，且位于底座(24)以外，梯形轨道墙(11)设置在散热容器(10)左侧，驱动线圈(16)安装在梯形轨道墙(11)右侧面凹槽中，并沿凹槽水平中心轴线设置，凹槽水平中心轴线以及零磁通线圈(8)的水平中心轴线离地面的距离相等，电力电子转换模块(2)、所述工控机(1)以及变频器(17)均设置在梯形轨道墙(11)处；上述位移传感器(21)和力传感器(4)的信号以及由场-路-运动耦合模型对应的电流控制方程计算所得电流数据分别输出至所述工控机(1)；工控机(1)的电流控制信号输出至电力电子转换模块(2)，电力电子转换模块(2)产生的电流输出至零磁通线圈(8)中，引入外接三相电源的变频器(17)与驱动线圈(16)连接为驱动线圈提供电源。2.根据权利要求1所述的一种电动悬浮静态实验模拟实施结构，其特征在于，所述散热容器(10)上设置有冷却液注入口(12)和排气口(13)。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：马光同，蔡尧，王一宇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51