《1　前言》

1　前言

单边直线感应电机（SLIM） 由旋转感应电机（RIM）沿纵向剖开后沿水平面展平而成，如图 1 所示。电机的初级（定子）和次级（转子）直接产生水平推力，用其牵引列车，具有无黏着力驱动、爬坡能力强、转弯半径小、加速快、噪声低等优点，近年来在中国、日本、加拿大的地铁和轻轨运输中得到了广泛的应用[1~3]，见图 2。

《图1》

图1　SLIM 形成与结构图

Fig.1　Formation and construction of SLIM

《图2》

图2　SLIM 驱动的列车示意图

Fig.2　The interpretive photograph of vehicle pulled by SLIM

SLIM 工作时，初级电流产生的磁动势通过气隙在次级导体板中感应出与其方向相反的涡流，同时由于磁路开断，在电机运行方向存在边缘效应，给SLIM 的参数（初级电阻、初级漏感、次级电阻、次级漏感、气隙电感和铁损电阻）带来影响；随着电机运行速度增加，气隙电感和次级电阻变化最为明显。SLIM 矢量控制需要对电机参数进行在线辨识，根据不同的运行状况，对电机的互感、初级电流等量进行及时的补偿，从而采用类似 RIM 的控制方法来控制SLIM。其中在线参数辨识和补偿控制都是建立在电机的静态（转差率 s =1）参数基础上的，若所给的静态参数误差大，会严重影响电机的控制效果，甚至造成控制失败[4]。

SLIM 因其特殊结构，不能直接采用 RIM 参数的测定方法，其铁耗和附加损耗亦不能通过作图确定。笔者采用直接计算的手段，避开了 RIM 参数测定的繁琐步骤，简单可行。

《2　理论基础》

2　理论基础

SLIM 的等效电路如图 3 所示，其励磁支路分为串联和并联两种[4,5]。

《图3》

图3　SLIM 等效电路模型

Fig.3　Equivalent circuit of SLIM

初级绕组阻抗                  

次级阻抗（折算到初级）

励磁支路阻抗

其中 Z0 可以等效为 RFe 和 Xg 并联组成；

把 Z0 和 Z′2 等效为

此时等效电路如图 4 所示。

《图4》

图4　SLIM 简化等效电路

Fig.4　Simple equivalent circuit of SLIM

气隙电抗 Xg 计算公式为[6]：

式中，m1 为相数；μ0 为空气磁导率；N1 为每相串联匝数；kw1 为初级绕组系数；g 为空气隙大小；kc 为卡氏系数；Li  为初级铁心宽度；p 为极对数。笔者用开路试验确定初级电阻 R1 ，电抗 X1 ，铁损电阻 RFe ；短路试验确定 R′2 和 X′ 2 ，具体如下。

《2.1　开路试验》

2.1　开路试验

电机在空载时转速稳定后，若 s 较小（0.05 以内），转子支路因电阻很大可断开，此时 X0 ≈ Xg 。测量三相输入功率 P10 ，相电压 U10 ，相电流 I10 ，输入频率 f10 。

根据串联支路可得

初级电抗 X1 和串联电抗 X0 满足：

初级铁心损耗为

其中 R1dc 为初级每相的直流电阻。

初级电阻

根据式（8）计算出 Xg ，得

《2.2　短路试验》

2.2　短路试验

堵转试验时，初级输入电压为额定电压的 0.5倍以内[7]，采用开路试验的办法，测得总输入功率 P1sh 、相电流 I1sh ，相电压 U1sh 和输入频率 f1sh ，于是：

求得等效电阻 Rt 和电抗 Xt 分别为

根据式（2）、式（4）~式（6）可反求得 R′2 （s =1）和 X′2 （s =1）分别为

《3　试验平台》

3　试验平台

由于 SLIM 气隙接近 10 mm，电机空载时转差率约为 0.1，此时把次级支路断开会产生较大误差。笔者采用直流电动机（见图 5 辅助部分）在负载端通过皮带轮顺向拖动 SLIM，使其接近同步转速（s 在 0.01 内），此时为真正空载[8]。短路试验去掉辅助部分。

《图5》

图5　SLIM 参数测量平台

Fig.5　Parameter measurement platform of SLIM

试验平台：1 台直线电机，3 台调压器，2 个不控整流桥，1 个转速测试仪，1 台直流电动机和堵转设备。

测量仪器：1 台电能质量分析仪，1 台示波器，2 个高压探头和两个电流钳。

被测试的 SLIM 设计参数如表 1 所示。

《表1》

表1　测试的 SLIM 设计参数

Table 1　Design data of tested SLIM

《4　结果分析》

4　结果分析

表 2 为 SLIM 的等效电路测试参数和相应的仿真数值，可以看出两者误差在 5 %以内。在等效电路参数测量值的基础上，对 SLIM 的牵引力（Fe ）、功率因数（cos φ）、效率（η）做了进一步研究，其仿真和测试结果如图 6 所示。其中牵引力和效率的仿真和试验测定值误差在 2 % 以内，功率因数误差约为 4 %。结果充分证明，SLIM 等效电路参数真实可信，满足了工程要求，具有一定的参考价值。

《图6》

图6　SLIM 的仿真和试验特性曲线

Fig.6　Simulation and measurement performance curves of SLIM

《表2》

表2　等效电路参数测量和仿真结果

Table 2　Measurement and simulation parameter in equivalent circuit

《5　结语》

5　结语

笔者提出了一种测量计算 SLIM 等效电路参数的新型方法，相对于传统 RIM 参数测量，该方法操作简单，求解方便。SLIM 的牵引力、效率和功率的仿真与试验曲线表明，测定的 SLIM 等效电路参数可信度较高。该方法能较准确地获取 SLIM 等效电路参数，为 SLIM 的牵引特性研究和在线参数辨识奠定了基础，具有一定的参考价值。