基于非线性材料的高速磁浮电磁铁建模与分析

为更加精确、快速地分析高速磁浮悬浮电磁铁的电磁力特性,实现与控制、动力学模型的良好匹配,提出一种基于非线性材料的高速磁浮悬浮电磁铁电磁力建模方法.首先,在搭建电磁铁等效磁路(equivalent magnetic circuit,EMC)模型时,考虑了导磁材料自身的非线性,导磁材料的磁阻计算以内部磁通为基础,推导以电压及间隙为输入,电流及电磁力为输出的电磁铁解析模型,计算电磁力-间隙-电流特性,并与传统EMC模型进行对比分析;其次,搭建电磁铁有限元(finite element method,FEM)模型,对非线性EMC模型的结果进行验证;最后,采用地面试验台对悬浮电磁铁进行电磁力测试,验证EMC及FEM模型的准确性.研究结果表明:与传统电磁力模型相比,本文EMC模型计算的电磁力在大电流区间会出现饱和现象,更接近实际情况,适用范围更广;磁间隙12.5 mm,电流 50 A工况下,EMC与FME计算的电磁力偏差仅为 4.5%,且与试验结果具有非常高的一致性;高精度的非线性电磁力模型为悬浮系统动态特性联合分析及参数优化奠定了基础.