1. 2 　電磁設計特點

　　長定子同步直線電動機與一般旋轉電機相比，設計計算大致相同，需要經過磁路計算、參數計算、額定勵磁磁動勢計算、勵磁數據計算、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、以及與一般旋轉電機的不同之處，主要表現(xiàn)為：

　　（1） 旋轉電機轉子受離心力作用，直線電機轉子不受離心力。

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

　?。?） 直線電機具有邊緣效應。

　　（4） 一般旋轉電機定子繞組長期工作，繞組內一直流有電流;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：

　?。?） 電機極數多， 取每極每相槽數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q = 1 且采用均勻氣隙， 定子齒諧波磁動勢較大， 利用其產生的一階和二階齒諧波磁場與裝在轉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、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。

　　（4） 轉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 ′等參數及推力要進行適當修正。

　?。?）旋轉同步電機的集膚效應系數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取 KF = 1 +0.004（f -30）。 另外，因結構不同，旋轉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，因此懸浮力及產生懸浮力的氣隙磁密基本恒定，運行時調節(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。

　　（10）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。

　?。?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電機相同。無列車處，定子繞組只產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

　　用本程序對長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。 其它主要計算數據為：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，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.