磁悬浮列车的模拟试验系统

性 电 阻 的 保 护 性 能 ，更 好 的 抑 制“截 流 ”过 电 压 的 产 生 ，提
高断路器的工作可靠性。同时，LGM 非线性电阻温度影响
! 模拟试验系统的构成和配置
该试验系统可大致分为以下 " 个部分： （#）机 械 部 分 。 包 括 有 转 轴 、两 个 滚 轮 、齿 轮 变 速 箱 、 轴 承 、轴 承 座 及 支 架 、直 线 感 应 电 机 支 座 、悬 浮 电 磁 铁 支 座 、制 动 器 支 座 、试 验 台 底 座 。 此 外 ，还 有 直 线 感 应 电 机 、 悬浮电磁铁、直流电机构成一个有机整体，统称为试验 台，构成该系统的核心部分。 （$）电气传动和供电部分（其原理图如图 $ 所示）。包 括它励直线电机（型号为 %"，额定功 率 为 "&’( )*，转 速 为 &++ , - ./0，电压为 "++ 1，电流为 #"# 2，）、直流电机电
8 模拟试验系统的试验内容及要求
848 直线感应电机的试验 验证设计计算的各个参数和指标，如各个方向的电
磁力（牵引力、法向力和横向拉力）、电流、电压和功率 因 数等。研究电磁谐波对振动和噪声的影响。 845 悬浮电磁铁的试验
包 括 悬 浮 力 和 导 向 力 的 试 验 ，电 磁 涡 流 阻 力 试 验 ，温 升试验及单电磁铁的悬浮控制试验。 84> 制动器的试验
保护水平4 .) 4 J=!
(+&K(+, !- 0，&( 次 !+-
"(K!&-
=(+((# 易老化
当时电力机车数量不多，接触网容量及机车功率也
相 对 较 低 ，再 加 上 运 行 区 间 较 窄 ，主 断 路 器 非 线 性 电 阻 出
现的问题不多。但随着电力机车的不断发展，机车数量和
单 机 功 率 都 大 大 提 高 ， 运 行 地 区 也 覆 盖 到 全 国 各 地 ，7:%
源（交—直 可 逆 变 流 器 ，容 量 为 3( )12）、直 线 感 应 电 机 电 源（逆 变 器 ，容 量 为 #(+ )12）、悬 浮 电 磁 铁 电 源（斩 波 器，输入电压为 $4+ 1，功率容量为 $ )12）和其它控制电 源。电源配置尽可能按磁悬浮列车上的实际电源考虑，因 为只有按照接近实际运行工况，才有可能对电源系统进 行实际运行的试验。
阀 片 所 固 有 的 非 线 性 特 性 较 差 、吸 能 水 平 不 高 、易 老 化 、
环境影响大等缺点渐渐暴露出来，在运行中多次发生非
线性电阻烧损甚至炸裂的情况，对机车的可靠运行产生
了较大影响。
,+& 改进构想
近年来，国内高压非线性压敏材料取得了很大的发
展，以 LGM 为基材的电阻阀片较原 7:% 阀片性能有了显
图 $ 直线感应电机和悬浮电磁铁控制原理图
图 ! 模拟试验系统结构示意图
拟采用 ;< 公司的 1=> 数据采集和分析系统（共 !$ 通道，采样频率为 ($’? );@）进行数据采集和处理。电源 系 统 也 尽 可 能 结 合 在 数 据 采 集 系 统 中 ，构 成 集 中 的 控 制 、 测量和分析系统。该数据采集和分析系统的目标是完成 试验 系 统 主 体 — 试 验 台 的 计 算 机 的 分 析 与 控 制 ，包 括 A - 2 转换、2 - A 转换，电压和频率控制，速度与温度测定 等主要功能。系统软件采用 1B(’+ 编写，其运行的操作系 统为 */0CDEF&4，硬件环境由一台带并行接口的微机及 4 块工业控制模块所组成。总体结构为：
保护水平4 .) 4 J=!
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=(+((( - 不易老化
对比表 !、表 & 可以看出：LGM 阀片比 7:% 阀片有更
好 的 非 线 性 系 数 ，通 流 容 量 与 吸 能 水 平 都 大 幅 度 提 高 ，操
作过电压保护水平也更合理。这些都可以大大改善非线
第 56 卷 第 8 期 5;;5 年 ;8 月 5; 日
电力机车技术 !"#$%&’&() *&+ ,’"#-+.# /&#&0&-.1"2
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磁悬浮列车的模拟试验系统
陈立功，连级三，钮小明
（西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所，四川 成都 ?8;;>8）
著的提高，以此为芯体的过电压保护设备在国内外得到
迅速的推广。对于机车主断路器非线性电阻出现的问题，
如果用 LGM 电阻阀片取代原有的 7:% 阀片，再选择适当
的技术参数，将有效的解决这个问题。以下是参数选取时
应考虑的问题：
（!）由 于 非 线 性 电 阻 是 并 联 在 断 路 器 断 口 之 间 ，因 此
对悬浮电磁铁或制动器进行试验时，用直流电机驱 动滚轮。在控制悬浮电磁铁的励磁电流条件下，测定悬浮 电磁铁的悬浮力、导向力以及阻碍滚轮转动的电磁涡流 阻力。制动器的试验主要是测定不同的摩擦材料的摩擦 系数与耐磨特性，制动器动力装置和控制器的可靠性等。
将整个试验台安装在磁悬浮列车试验大厅中的减振 平台上。
直线感应电机（! 个开关控制，! 个输出控制，" 个测量量） 进入界面 直流电机（3 个开关控制，$ 个输出控制，# 个测量量）
退出
（下转第 $# 页）
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汤志强 等·主断路器非线性电阻改进构想·&((& 年第 ! 期
利用非线性电阻的这个特点，将其并联在机车断路 器 的 主 断 口 上 ，不 但 可 以 吸 收“ 截 流 ”在 变 压 器 上 产 生 的 储 能 ，抑 制 过 电 压 产 生 ；同 时 又 不 会 在 断 路 器 断 口 上 产 生 高的电压降，导致断口重击穿。
, 非线性电阻的现状及改进构想
,+! 现状
目前电力机车主断路器上使用的非线性电阻是 !"’#
年研制开发的，由于受到当时高压非线性压敏材料及制
造工艺的限制，采用了 7:% 阀片。其主要性能见表 !。
表 ! 7 :% 非线性电阻主要技术性能
非线性 方波通流 吸能水平 操作过电压 温度系数 老化特性
系数 容量（& 3?） 4 .B
T") N &+L2 ：’.%":+ .%LF#-.&% 0&-&+；0:(’"11"$.’"；2F2P"%L.%(；2)2-"0
若未进行过较高应用速度下的试验，对于磁悬浮列 车的直线感应电机和悬浮电磁铁应用速度下的实际特性 还 不 能 完 全 清 楚 ；而 且 不 经 过 接 近 运 行 条 件 的 试 验 研 究 ， 仅采用目前的计算和设计方法，难于很好地对直线感应 电 机 和 悬 浮 电 磁 铁 进 行 优 化 设 计 ；此 外 ，磁 悬 浮 列 车 工 程 试验示范线必须装配机械式的制动系统，也需要在定型 和装车前进行试验台试验。因此研究一种综合性的试验 台是十分必要的，它可为磁悬浮列车的电磁部件的设计 提供试验依据。
无论采用压缩空气制动或液力制动，都要研究和解 决 > 个问题：制动器耐磨材料的选配，制动力大小的控 制，制动功能的耐久性和较高速度下实现紧急制动时的 可靠性。
5 模拟试验系统方案
系统用两个同轴的滚轮模拟磁悬浮线路轨道及其直 线感应电机次级。直线感应电机、悬浮电磁铁和制动器通 过直线轴承安装在试验台座上，在需测力的方向上安装 力传感器。试验中尽可能模拟磁悬浮列车实际运行速度 和控制方法。滚动轴由一台它励直流电动机驱动，采用光 电脉冲编码盘测定轴的转速和转向。试验台（见图 8）有 两个滚轮，其中圆周光滑的滚轮由 56 00 厚钢板和 U 00 厚 铝 板 复 合 而 成 ，用 作 直 线 感 应 电 机 的（反 应 板 ）次 级 ；圆 周 为 槽 形 的 滚 轮 ，既 作 悬 浮 电 磁 铁 的 悬 浮 轨 道 ，也 作 制 动 器的摩擦面［8］。滚轮外圆周的线速度最大为 >;; V0 W $（若 滚轮直径为 8 D;; 00，则其转速为 DDU + W 0.%）。
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摘 要：阐述了磁悬浮列车的模拟试验系统的基本原理，介绍了磁悬浮列车的模拟试验系统的方案、要求及其基本结
构 ，并 指 出 了 设 计 本 模 拟 系 统 的 目 的 及 其 达 到 的 预 期 效 果 。
关 键 词 ：直 线 感 应 电 机 ；磁 悬 浮 列 车 ；悬 浮 ；系 统
中 图 分 类 号 ：@5=54=8AB
（!）测量、分析和控制部分（如图 ! 所示）。滚轮的转 速 - 转向测定用光电编码器。直线感应电机和悬浮电磁铁 三个方向力的测量和制动器制动力的测量，采用电阻应 变式压 - 拉力传感器。直线感应电机和悬浮电磁铁各需 4 个力传感器，制动器测量需要两个力传感器。传感器输出 电压信号为 +5$+ .1 或6$+5$+ .1。此外，还要测量直流 电机电流，直线感应电机的三相电压和电流。电压和电流 的测量传感器尽可能集成在变流器中。为了检测振动，采 用了 " 个加速度传感器和一个 " 或 4 通道的电荷放大 器。温升的试验不多，所以不必为试验台专门配置测温度 的传感器，可以在需要时用红外测温传感器配合 789): 万 用示波表来测量。
图 8 试验台结构示意图 8—直 线 感 应 电 机 ；5— 圆 周 光 滑 滚 轮 ； >—圆 周 槽 形 滚 轮 ； U—悬 浮电磁铁；6—直流电机；?—直流电机控制电源；B—悬浮电磁铁控制 电源；D—直线感应电机控制电源。
收 稿 日 期 ：5;;8<;=<;8 作者简介：陈立功，男，>5 岁，8==> 毕业于郑州大学无线电电子技术专业，现为西南交通大学电气工程学院电力电子与电力传动专业研究生，
电 阻 片 ，将 可 以 保 证 连 续 耐 受 多 次 操 作 过 电 压 ，每 次 吸 收
-( .B 以上的能量。这一指标完全可以满足各型机车的要
求。
采用 LGM 阀片的非线性电阻主要参数见表 &。
表 & LGM 非线性电阻主要技术性能
非线性 方波通流 吸能水平 操作过电压 温度系数 老化特性
系数 容量（& 3?） 4 .B
研究方向为磁悬浮列车中线性电机的计算机控制。
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陈立功 等·磁悬浮列车的模拟试验系统·$++$ 年第 # 期
对 直 线 感 应 电 机 试 验 时 ，用 直 线 感 应 电 机 驱 动 滚 轮 ， 直流电机用作负载。可以测定直线感应电机随输入电压 和 频 率 变 化 的 特 性 ，如 三 相 电 压 、电 流 、电 机 推 力 和 法 向 力 ，功 率 因 数 、效 率 和 谐 波 影 响 等 ；也 可 以 测 试 当 直 线 感 应 电 机 初 级 与 次 级（ 滚 轮 ）之 间 相 对 位 置 发 生 变 化（ 如 气 隙 变 化 ，横 向 错 位 ）时 以 上 各 参 数 的 变 化 ；此 外 还 可 以 测 定直线感应电机初级的温升和振动，便于优化设计。
其操作波保护水平直接影响到断口的绝缘。要使机车能
真正安全可靠的运行，操作过电压必须限制在最高运行
电压的 &+- 倍以下，即必须在 N!&+-O&"P*&+- .) 以下。
（&）为保证非线性电阻具有较高的吸能能力及长持续
时间工频耐受能力，能有效的吸收断路器开断空载变压
器时的暂态能量，采用方波通流容量达到 #(( 0 的 LGM