真空管道HTS磁浮实验系统中直线电机复合次级研究

在真空管道HTS磁浮实验系统中,利用高温超导体为列车提供悬浮力,闭合圆环形长初级直线感应电机进行驱动,列车加速性能取决于直线电机产生的最大推力.本文结合真空管道的特性,建立了复合次级直线电机模型,利用分层理论模型分析了复合次级参数对电机启动推力及法向力的影响,并通过有限元仿真分析验证直线电机驱动特性与复合次级参数之间的关系.结果表明,采用1.3 mm厚的次级铝板和1 m~2 mm厚的背铁组成的复合次级,列车可以获得较高的启动推力,在运行过程中获得较大加速度,并有效削弱了法向吸力,提高了列车运行时的稳定性,最后通过实验测试,验证了仿真研究的正确性,为高速真空管道HTS磁悬浮列车应用提供设计参考.     

HTS磁浮系统中长初级直线电机三相绕组特性分析

在高温超导磁浮系统中,采用单边长初级分段供电直线电机驱动磁浮车做高速环形运动.为了提高直线电机驱动的效率和性能,通过磁动势理论,对单边长初级分段供电直线电机三相绕组气隙磁动势特性进行了分析研究.结果表明,当采用短距、分布绕组时,可以有效的抑制三相绕组合成气隙磁动势中谐波分量,改善磁动势波形,从而提高电机效率和性能.最后进一步通过建模仿真实验,验证了理论分析的正确性,为用于高温超导磁浮系统驱动的单边长初级分段供电直线电机的设计加工提供参考.     

高温超导磁浮系统中的振动耗能法制动分析

为了实现磁浮车的无接触的制动,本文提出一种振动耗能的方法.该方法通过人为使得轨道磁场分布不均衡,从而将运行磁浮车体运动方向上的动能转化为与其垂直方向上的阻尼振动,以消耗运行车体的动能并使车体减速.文中忽略空气阻力,采用理论分析与计算机仿真的方法讨论了轨道磁场分布不均对车体振动特性的影响.最后在西南交通大学真空管道高温超导磁浮系统实验平台上实验验证了该方法对车体运行速度的影响,为将来的真空管道磁浮交通系统的设计提供参考.     

HTS磁浮系统中永磁轨接头处的运行阻力简化分析方法

为了研究高温超导磁浮系统中永磁轨接头处磁场分布与运行阻力的变化特性,本文以真空管道HTS磁浮系统为实验平台,以基本的振动理论和电磁学理论为基础,用一种简化方法分析接头气隙长度及运行速度与阻力的关系,然后在真空管道实验系统上实验验证.实验时保持管内一定真空度,驱动磁浮车运行后让其自由运行,测量其速度变化以确定运行一周所耗的能量,然后再计算平均阻力.实验结果与推导表达式所得结果相符,表明了分析过程的合理性与有效性.     

HTS磁浮系统中永磁轨接头处的运行阻力简化分析方法北大核心CSCD

为了研究高温超导磁浮系统中永磁轨接头处磁场分布与运行阻力的变化特性,本文以真空管道HTS磁浮系统为实验平台,以基本的振动理论和电磁学理论为基础,用一种简化方法分析接头气隙长度及运行速度与阻力的关系,然后在真空管道实验系统上实验验证.实验时保持管内一定真空度,驱动磁浮车运行后让其自由运行,测量其速度变化以确定运行一周所耗的能量,然后再计算平均阻力.实验结果与推导表达式所得结果相符,表明了分析过程的合理性与有效性.     

高温超导高速磁浮交通系统悬浮导向与牵引方案研究

本文提出了一种全高温超导高速磁悬浮交通技术模式, 该技术模式采用高温超导钉扎悬浮导向和高温超导直线电机牵引, 具有高速运行、 静态悬浮和动态自稳定悬浮导向三大特征. 根据5 编组时速500 公里磁悬浮列车的运行要求和工况, 本文对高温超导钉扎悬浮导向系统和高温超导直线牵引系统进行了方案设计, 并通过有限元仿真对所提方案进行了可行性分析和验证. 结果证明了全高温超导磁悬浮系统的高速运行、 静态悬浮和动态自稳定悬浮导向技术优势和设计方案的可行性.     

基于振动耗能的真空管道HTS磁浮列车能量回收方法研究

为了提高真空管道高温超导磁浮列车的运行效率,减少能量损耗,本文采用将动能转化为振能机械能再转化为电能的方式回收车体的制动能量.在高温超导磁浮系统的永磁轨上按一定规律排列永磁体得到不均衡分布的磁场,在磁浮车底布置绕圈,当车体振动时线圈感应电动势向储能电容充电.仿真结果表明该方法的合理性与有效性,可以作为高温超导高速运行系统设计时的参考.     

基于振动耗能的真空管道HTS磁浮列车能量回收方法研究北大核心CSCD

为了提高真空管道高温超导磁浮列车的运行效率,减少能量损耗,本文采用将动能转化为振能机械能再转化为电能的方式回收车体的制动能量.在高温超导磁浮系统的永磁轨上按一定规律排列永磁体得到不均衡分布的磁场,在磁浮车底布置绕圈,当车体振动时线圈感应电动势向储能电容充电.仿真结果表明该方法的合理性与有效性,可以作为高温超导高速运行系统设计时的参考.     

空芯大气隙高温超导直线电机电磁力实验研究

直线电机是一种无需中间传动装置而直接将电磁力转换为线性运动的特种电机,在交通运输领域具有广泛的应用前景.将高温超导技术与电机理论相结合,能够有效利用超导材料的强载流能力与高场特性提高直线电机的输出能力.本文提出了一种应用于超导磁悬浮列车牵引的空芯高温超导直线电机,首先建立空芯高温超导直线电机的二维有限元模型对电机结构参数进行初步探索,并完成了超导直线电机样机的设计与制作.通过搭建实验测试平台完成了空芯高温超导直线电机定子磁场和电磁力的实验测试.有限元计算结果与实验数据有较好的一致性,验证了模型的有效性,并利用该模型研究了定子电流,超导线圈电流以及电机气隙对电机推进力输出的影响.本文的相关成果将促进超高速磁浮交通领域关键驱动技术的研究与发展.     

高温超导磁浮系统中直线电机的电流瞬时值法气隙磁场分析

弄清楚磁浮系统中直线电动机初、次级间的磁场分布非常重要,因为弄清了它,分析直线电机的初、次级间所受的推力及法向力情况就更容易了.本文采用次级为导板型三相双层绕组直线电动机从初级绕组中空间上离散的行波电流理论出发,用电流瞬时值方法讨论长初级直线感应电动机运行时不考虑纵向端部效应初、次级之间的气隙磁场.分析得出气隙变化及气隙为定值时气隙磁场沿初、次级相运运动方向上的分布表达式,最后以实验测量结果验证了推导结论,表明推导的合理性,对高温超导磁浮系统中用于驱动的直线电机的设计有参考作用.     

永磁轨道外磁场横向不对称分布特性

研究了永磁轨道外磁场的横向不对称分布对高温超导(HTS)磁浮系统悬浮稳定性的影响。采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立HTS磁浮系统的理论仿真模型,求解永磁轨道外磁场横向分布及YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)高温超导块材的静态悬浮力。进一步设计搭建三轴运动实验平台,通过相应的测试设备,依次对永磁轨道外磁场、表面轮廓的横向分布及YBCO超导块的静态悬浮力进行测量。仿真与实验结果表明,实际PMG的表面沿横向不平整,相邻永磁之间存在间隙和不同的磁体损伤,导致了横向磁场不对称分布,结果使YBCO超导块在偏离永磁轨道中心对称位置处的静态悬浮力存在差异。     

高温超导磁浮系统中驱动器电源的母线稳压控制器设计

本文研究了高温超导磁浮系统中由于永磁轨道的磁场分布不均匀而引起的驱动变频电源的逆变器母线电压的变化情况,将磁场分布不均匀引起的悬浮高度变化而导致的推力的变化直接简化成改变系统中直线感应电动推力的改变,采用双闭环控制器生成逆变器的驱动信号以驱动IGBT的方式调节母线电压的稳定性,用Matlab/Simulink以软件仿真的形式验证控制器器的合理性.用两种方式模拟了气隙磁场衰减辐值40%的稳压控制效果,仿真真结果表明它们对电压稳定性的控制基本没有区别,证明了文中所用控制方法适用于高温超导磁浮系统中.     

面向超导钉扎磁浮的液氮液位检测方法研究现状

高温超导钉扎磁浮制式以悬浮导向一体化、自稳定、无需控制等优势得到了越来越多的关注.与其他磁浮制式不同,高温超导钉扎磁浮制式采用块状高温超导材料作为车载悬浮体,需要低温液体液氮作为悬浮单元的制冷剂,冷却方式为浴冷,因此实时监测液氮液面,保证液面平稳是未来超导钉扎磁浮车运行维护的首要需求.本文从车载高温超导YBaCuO块材所需的液氮环境及其配套的液氮容器功能和结构出发,结合我们近期的基于卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)滤波算法的铂电阻传感器液氮液位计研究工作,对6种低温液位检测方法的基础原理、特征及检测精度的对比分析,总结示出包括铂电阻阵列方式在内的3种适用于超导钉扎磁浮列车在线检测系统的液氮液位检测方法,用于推进我国2021年1月13日正式启用的高温超导钉扎高速磁浮工程化样车应用发展.     

适用于真空管道交通的高温超导磁悬浮车低温液氮容器

真空管道运输系统的建成以及在全球的普及与应用,将是继火车、汽车、飞机和IT之后人类的又一大福祉。将使今天面临的交通困境从根本上得以解决,也将给全球经济与社会生活方式带来全新的变化。磁悬浮车是真空管道交通系统的运行主体,在各种不同模式的磁悬浮车中,高温超导磁悬浮车非常适合于真空管道交通。然而,由于真空管道中是低压环境,用于常压环境的高温超导磁悬浮车低温液氮容器不适合直接用于真空管道交通系统。提出在真空管道交通中,采用带压力阀的高温超导磁悬浮车低温液氮容器。这是一种压力容器,器壁要承受压差,当前常用的矩形高温超导磁悬浮车低温液氮容器则不适合,进一步提出能承受较高压力的圆柱形低温液氮容器的设计构想。还对真空管道交通中真空环境对提高液氮容器保温效果的意义进行了讨论。     

高温超导磁悬浮系统中横向运动对悬浮力和导向力影响的研究

高温超导磁悬浮列车在运行过程中,导轨磁场的不连续或者机电耦合会引起车身的横向偏移.针对这一实际问题,本文研究了横向运动对竖直悬浮力和水平导向力的影响.实验中系统同时测试横向运动过程中不断变化悬浮力和导向力.研究发现运动过程中的悬浮力衰减与最大横向偏移量和往返运动次数有关;但导向力在第一次往返运动之后的往返运动中迟滞曲线基本不变.该工作可能为高温超导磁悬浮列车系统提供一定科学依据.     

悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处的纵向力研究

为了探索悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处的纵向力变化规律及影响因素, 建立高温超导磁浮系统的理论模型, 推导了纵向力表达式, 进一步搭建实验平台, 在不同通过速度、 场冷高度和工作高度条件下, 对悬浮杜瓦脱离与进入永磁轨道时受到的纵向力进行测试. 理论与实验结果表明: 悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处时受到纵向力作用,完全脱离前与进入后为阻力, 完全脱离后与进入前为主动力; 在低速运行范围内, 通过速度对纵向力的影响不大;随着工作高度的降低, 纵向力增大; 随着场冷高度的升高, 纵向力增大. 以上研究为高温超导磁浮系统的切换与发射提供设计参考.     

高温超导磁悬浮系统中横向运动对悬浮力和导向力影响的研究

高温超导磁悬浮列车在运行过程中，导轨磁场的不连续或者机电耦合会引起车身的横向偏移．针对这一实际问题，本文研究了横向运动对竖直悬浮力和水平导向力的影响．实验中系统同时测试横向运动过程中不断变化悬浮力和导向力．研究发现运动过程中的悬浮力衰减与最大横向偏移量和往返运动次数有关；但导向力在第一次往返运动之后的往返运动中迟滞曲线基本不变．该工作可能为高温超导磁悬浮列车系统提供一定科学依据．     

HTS磁悬浮电磁发射系统中直线电机起动性能研究

在高温超导(HTS)磁悬浮电磁发射系统中,采用长初级双边直线感应电机进行驱动.同单边直线电机相比,双边直线感应电机由于对称的初级结构,次级结构所受的垂直力为零,这大大提高了直线电机的驱动性能和稳定性.利用旋转电机的经典分析方法,分析了长初级双边直线感应电机不同绕组分布时的绕组因数.结果表明,当采用分布式短距绕组时,可以有效的抑制合成气隙磁场中的谐波分量,改善气隙磁动势波形,进而提高电机的性能和效率.通过Ansoft Maxwell软件仿真求解了6种不同绕组分布时的电机气隙磁场分布,分别求解了整距和分布式短距绕组的电机起动推力,验证了理论分析的正确性.最后,设计制作了分布短距实验样机,并对起动推力进行了测试.结果表明电机起动推力平稳,为复合HTS磁悬浮电磁发射系统设计提供参考.     

HTS磁悬浮电磁发射系统中直线电机起动性能研究

在高温超导(HTS)磁悬浮电磁发射系统中,采用长初级双边直线感应电机进行驱动.同单边直线电机相比,双边直线感应电机由于对称的初级结构,次级结构所受的垂直力为零,这大大提高了直线电机的驱动性能和稳定性.利用旋转电机的经典分析方法,分析了长初级双边直线感应电机不同绕组分布时的绕组因数.结果表明,当采用分布式短距绕组时,可以有效的抑制合成气隙磁场中的谐波分量,改善气隙磁动势波形,进而提高电机的性能和效率.通过Ansoft Maxwell软件仿真求解了6种不同绕组分布时的电机气隙磁场分布,分别求解了整距和分布式短距绕组的电机起动推力,验证了理论分析的正确性.最后,设计制作了分布短距实验样机,并对起动推力进行了测试.结果表明电机起动推力平稳,为复合HTS磁悬浮电磁发射系统设计提供参考.     

航天发射超导磁浮平台设计的初步实验研究

鉴于未来航天发射安全、可靠、低成本的要求,国外先后提出了不同磁悬浮系统助推发射运载器的概念及方案.我们基于初步拟定的高温超导磁悬浮发射系统方案,展开了相应的研究和探索.本文从磁浮系统悬浮力和稳定性综合考虑出发,建立配套高温超导实验测试系统,研究和比较了NdFeB永磁轨道构型和高温超导块材组合对磁浮系统性能的影响,并进行了定性的分析,其结果对小型缩比磁悬浮发射试验平台的构造具有极其重要的现实意义.