長定子直線電機(jī)負(fù)載下的ANSYS仿真計(jì)算

摘 要：某電站混凝土壩段的建設(shè)，考慮大體積混凝土溫控的要求及建設(shè)工期的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，現(xiàn)模擬采用長定子直線電機(jī)作為混凝土的運(yùn)輸工具。本文利用有限元分析軟件ANSYS建立了混凝土傳送裝置長定子直線同步電機(jī)的分析模型；通過對(duì)電磁場(chǎng)力的計(jì)算，分析了電機(jī)在裝載混凝土情況下電磁牽引力隨電樞電流及勵(lì)磁電流的變化規(guī)律，從而使混凝土的運(yùn)輸時(shí)間得到有效的保證。

關(guān)鍵詞：ANSYS；直線電機(jī)；電磁牽引力

中圖分類號(hào)：G356.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：M

2010年某部承接了四川攀枝花境內(nèi)一水電站部分工程建設(shè)，該工程擋河大壩由左岸、河中碾壓混凝土重力壩和右岸粘土心墻堆石壩組成為混合壩，壩頂總長1158m，其中混凝土壩部分長838.035m，壩頂高程為1139.00m，最大壩高為159m。所承接合同段需澆筑混凝土200萬m3。氣候條件差，晝夜溫差大，大壩混凝土溫控要求高，因此混凝土從出機(jī)口到倉面的運(yùn)輸速度起著至關(guān)重要的地位。

1工作原理

直線電機(jī)定子電樞繞組中通入對(duì)稱的三相正弦交流電，氣隙中便會(huì)產(chǎn)生按正弦變化的行波磁場(chǎng)。

在動(dòng)子繞組中通入直流電，便會(huì)產(chǎn)生磁極磁場(chǎng)。在電樞繞組的氣隙磁場(chǎng)和磁極磁場(chǎng)的共同作用下，氣隙磁場(chǎng)對(duì)磁極動(dòng)子產(chǎn)生電磁牽引力，定子固定不動(dòng)，磁極將在電磁牽引力的作用下沿著行波磁場(chǎng)的方向做直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了混凝土的運(yùn)輸。

2直線電機(jī)的ANSYS仿真模型的建立

ANSYS是現(xiàn)在通用的有限元分析軟件，能進(jìn)行結(jié)構(gòu)、流體、熱、電磁以及耦合場(chǎng)分析等。ANSYS有限元軟件所包含的電磁模塊，為分析直線電機(jī)提供了強(qiáng)有力的工具支持。由于定子結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況的對(duì)稱性，只建立了3個(gè)動(dòng)子極距下的模型圖。模型建好后，進(jìn)行了材料屬性劃分及網(wǎng)格剖分并加載了邊界條件和載荷，從而進(jìn)行了計(jì)算求解。圖1為直線電機(jī)的有限元分析模型。

3負(fù)載時(shí)磁場(chǎng)仿真及電磁力計(jì)算結(jié)果

模型是除了加載勵(lì)磁電流外，還加定子三相電流，A、B和C是空間互差120°的三相交流電。圖2為負(fù)載時(shí)電機(jī)磁力線分布情況：

由圖3看出，當(dāng)負(fù)載時(shí)，磁力線方向不對(duì)稱并且向右傾斜，此時(shí)產(chǎn)生向右的電磁牽引力。

（1）電磁力與勵(lì)磁電流的變化關(guān)系

在上述模型如圖1的位置上，三相電流有效值不變，僅改變勵(lì)磁電流，得到牽引力隨勵(lì)磁電流變化的情況如圖3所示。

圖3為負(fù)載時(shí)單位長度電磁牽引力隨勵(lì)磁電流變化曲線，由圖3可以看出，牽引力隨勵(lì)磁電流的增大而增大，且是單調(diào)遞增的關(guān)系。勵(lì)磁電流由10A至30A變化時(shí)，電磁牽引力由20至69.2N/m變化。

（2）負(fù)載時(shí)電磁力與電樞電流的變化關(guān)系

在上述模型如圖1的位置上，保持勵(lì)磁電流不變，僅改變電樞電流得到牽引力如圖4所示。

圖4為改變電樞電流有效值時(shí)單位長度的電磁力隨電流電流有效值的變化曲線。由圖4可以看出，牽引力則隨電樞電流有效值的增大而增大，是單調(diào)遞增的關(guān)系且變化的很快，如電樞電流從90A到130A變化時(shí)，牽引力增大了33.464N/m，電樞電流值也影響著直線同步電機(jī)的牽引力。

結(jié)論

電站建設(shè)混凝土壩澆筑方式一般采用自卸汽車直接入倉的方法，但在運(yùn)輸過程中受到施工道路影響速度等原因，經(jīng)常致使混凝土在到達(dá)倉面時(shí)溫度就已有所升高，因此，本文模擬直線電機(jī)運(yùn)輸混凝土，通過控制電機(jī)的電樞電流及勵(lì)磁電流來控制混凝土的運(yùn)輸速度，可根據(jù)實(shí)際施工高峰期強(qiáng)度滿足節(jié)點(diǎn)要求，具有高效運(yùn)輸節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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