基于电磁分流阻尼器的高温超导磁悬浮系统减振特性研究

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基于非理想第二类超导体YBa2Cu3O7-x的磁通钉扎特性,高温超导磁悬浮车具有悬浮自稳、能耗低、运行无污染等特点,被认为是实现高速运输功能的一项有前景的技术。当前,世界范围内已建成多条高温超导磁悬浮试验线路,该技术正处于从实验室迈向工程化应用的关键阶段。但以往的研究表明,该系统的阻尼较低,在外界干扰下容易发生大振幅的非线性振动,影响磁悬浮车长期运行的稳定性、安全性和舒适性。因此,亟待找寻一种方法,结合高温超导磁悬浮车系统的结构特点,科学地增加系统阻尼,最大限度地减轻振动对系统造成的不利影响。本文将围绕这一目的,将电磁分流阻尼器应用至高温超导磁悬浮车系统中,并由此开展一系列研究。本文首先对压电分流阻尼系统以及电磁分流阻尼系统的工作原理及模型进行简单介绍,并在此基础上选择一种更适合应用于高温超导磁悬浮车系统的分流阻尼结构,搭建电磁分流阻尼—高温超导磁悬浮车系统振动特性测试平台。随后,基于搭建的测试平台,分别验证串联RL、RLC电磁分流阻尼器对高温超导磁悬浮车系统在垂向激励作用下的振动控制作用;分析阻尼电路中的电阻参数对系统阻尼效应的影响;同时,由于场冷高度这一参数将直接影响高温超导磁悬浮车系统的俘获磁通量以及固有频率,从而影响电磁分流阻尼器的工作效率,因此本文选用高温超导磁悬浮车系统最常用的两个场冷高度,分别是20 mm及30 mm,实验验证不同场冷高度下电磁分流阻尼器振动控制作用的差异。结果表明,串联RL与RLC电磁分流阻尼系统都能有效降低高温超导磁悬浮车系统在外界激扰下的振动,特别是在系统共振频率范围内,RL分流阻尼系统最高振动衰减率可达50.6%,RLC分流阻尼电路最大振动衰减率可达41.9%。此外,结果显示,在本实验测试范围内,分流阻尼系统的振动控制作用表现出随着分流电路中电阻值的增大而减小的趋势;同时,串联RL与RLC电磁分流阻尼系统在场冷高度为20 mm的环境中都表现出工作效率更高的规律。最后,建立高温超导磁悬浮车系统振动模型,通过理论分析系统振动频响曲线中的定点,开展串联RL电磁分流阻尼电路以及串联RLC电磁分流阻尼电路的参数优化分析,分别通过理论推导得到串联RL分流阻尼电路最优电阻值以及串联RLC分流阻尼电路最优电阻值、最优电容值的解析表达式。并从理论角度分析给出电磁分流阻尼电路参数对整个分流阻尼系统振动控制作用的影响规律。本文对高温超导磁悬浮车工程实际应用具有一定参考价值。
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