長定子直線電機負(fù)載下的ANSYS仿真計算

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)點目標(biāo)，現(xiàn)模擬采用長定子直線電機作為混凝土的運輸工具。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的分析模型；通過對電磁場力的計算，分析了電機在裝載混凝土情況下電磁牽引力隨電樞電流及勵磁電流的變化規(guī)律，從而使混凝土的運輸時間得到有效的保證。

關(guān)鍵詞：ANSYS；直線電機；電磁牽引力

中圖分類號：G356.6 文獻標(biāo)識碼：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，因此混凝土從出機口到倉面的運輸速度起著至關(guān)重要的地位。

1工作原理

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

在動子繞組中通入直流電，便會產(chǎn)生磁極磁場。在電樞繞組的氣隙磁場和磁極磁場的共同作用下，氣隙磁場對磁極動子產(chǎn)生電磁牽引力，定子固定不動，磁極將在電磁牽引力的作用下沿著行波磁場的方向做直線運動，從而實現(xiàn)了混凝土的運輸。

2直線電機的ANSYS仿真模型的建立

ANSYS是現(xiàn)在通用的有限元分析軟件，能進行結(jié)構(gòu)、流體、熱、電磁以及耦合場分析等。ANSYS有限元軟件所包含的電磁模塊，為分析直線電機提供了強有力的工具支持。由于定子結(jié)構(gòu)和運行情況的對稱性，只建立了3個動子極距下的模型圖。模型建好后，進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，從而進行了計算求解。圖1為直線電機的有限元分析模型。

3負(fù)載時磁場仿真及電磁力計算結(jié)果

模型是除了加載勵磁電流外，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)載時電機磁力線分布情況：

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

（1）電磁力與勵磁電流的變化關(guān)系

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

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

（2）負(fù)載時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，牽引力增大了33.464N/m，電樞電流值也影響著直線同步電機的牽引力。

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倉面時溫度就已有所升高，因此，本文模擬直線電機運輸混凝土，通過控制電機的電樞電流及勵磁電流來控制混凝土的運輸速度，可根據(jù)實際施工高峰期強度滿足節(jié)點要求，具有高效運輸節(jié)能等優(yōu)點。

參考文獻

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