式中 -最大磁通密度
, 为电源角频率
-频率
x-定子表面上的距离
由上可知,B是不断变化的,由法拉第电磁感应定律知,变化的磁场将激发变化的电场,初级通以交流,列车上装有磁体(有的就是兼用直线电机的线圈),磁体随列车运动时,使设在地面上的线圈(或金属板)中产生感应电势为:
式中A-磁通的作用面积
感应电势使设在地面上的线圈(或金属板)中产生感应电流,感应电流同行波磁场B互相作用,按弗雷明法则产生电磁力把列车悬浮起。
感应电流为: (2.4)
式中Z表示线圈的阻抗值,由电感L和电阻R组成。表达式为
电磁力F的大小是如何计算的?进行精确的理论计算需用麦克斯韦公式,日本的山田一教授、美国的S.A.纳斯尔等人经过实验数据和理论推导,得出力F与B有如下关系,铁磁体所受电磁力为:
式中 =4π•10-7H/m,真空磁导率;
-气隙磁密;
S0-气隙面积。
了解直线电机的工作原理有助于理性地调控直线电机的励磁电流、气隙等参数,可以更好地满足悬浮控制系统要求。
2.2 电磁悬浮原理
随着电磁感应知识的普及,人们对神奇的磁悬浮现象已经有一定的认识。所谓“磁悬浮”,就是指某一物体受磁拉力或磁推力的作用,从而导致该物体和它周围物体的接触不是实质性的,则称该物体是被磁悬浮的。
在一般情况下,磁悬浮是由固定构件、可动构件和自动控制线路三部分构成。用铁磁性铁心、导电的短路回路、永久磁铁以及励磁绕组均可构成可动部件。可动部件在电磁力和重力的作用下,能在磁场中自由地悬浮。图2.4所示为一简单的磁悬浮原理示意图
图2.4 磁悬浮原理示意图
当给励磁绕组通以直流或交流电时,电磁铁会建立一个气隙磁场,根据磁感应理论,磁性材料棒会受到电磁力的作用,该电磁力的大小与磁性材料棒和电磁铁之间的间隙大小有关。当在一定的间隙下,磁性材料棒所受到的电磁力与其重力大小相等时,磁性材料棒就会悬浮在空中了。
它的应用优点是:
(1)无接触式应用,无摩擦,摩耗,振动噪声大幅下降,寿命长。
(2)特殊场合应用,如真空、高温、低温、水蒸汽、生物体内等特殊应用,不损害原体。
(3)需控制的场合应用,如位置、过速、振动等控制比较容易。
(4)具有一些特殊场合应用,如记忆、学习、判断能力的能力,运行状态的监视、记录、诊断能力等。
(5)可控力的分布性应用,如磁悬浮车、磁悬浮轴承各点位置力的分布与控制。
2.3 磁悬浮原理的应用
磁悬浮技术是近年来的研究热点,其利用磁场力将物体悬浮在空间,无摩擦、无死区、无需润滑的性能,使其在各行各业有着广泛的用途,如用于轴承可获得高性能的磁悬浮轴承,从而可以降低机床的噪声和提高切削精度;还可以用于主动磁悬浮刀架,从事精密加工。但是磁悬浮系统是一个本质非线性系统,磁浮力正比于电流强度的平方,还与磁场气隙有关,并且还有一些不确定因素如磁滞等,所以要实现对磁悬浮系统的精确控制存在一定的困难。
磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。磁悬浮列车推进系统最关键的技术是把旋转电机展开成直线电机。它的基本构成和作用原理与普通的旋转电机类似,展开后,其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。
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