应用于高速轮轨交通的高温超导同步直线电机研究

为实现高速铁路列车突破600km/h的速度极限,本文提出了一种与现有轮轨交通兼容的高温超导同步直线电机方案,并通过有限元方法建立了高温超导同步直线电机的仿真模型.设计并制作了小型实验样机,其定子由三相铜绕组与硅钢材质的铁轭构成,使用二代高温超导材料YBCO带材绕制车载磁体.通过实验方法验证了模型的有效性,并用该模型研究了高温超导线圈回路电流、线圈匝数和气隙对电机推进力和法向力等电磁力特性的影响规律.本文的研究结果为高温超导同步直线电机在轮轨交通领域中的应用提供了可行性依据.     

以二代高温超导磁体为动子的同步直线电机静动态特性仿真研究

随着高温超导磁体技术的日趋成熟,本文提出了一种基于二代高温超导磁体的新型高温超导直线同步电机的电磁仿真分析方法,依据永磁同步直线电机的电磁设计原理,以二代高温超导磁体取代普通永磁体,对高温超导同步直线电机进行了仿真研究.本文首先从理论上推导了高温超导体的非线性本构关系模型,获得了仿真模拟高温超导体电磁特性的数学描述,提出了电机推力的计算方法,并建立了电机的二维仿真模型,利用电机有限元软件对电机的静动态电磁场、电磁力和启动速度等参数进行了仿真分析,之后对不同动子质量和工作频率的启动特性进行了分析.最后通过对电机变频启动特性研究,验证了最大速度变频启动方式同样适用于高温超导直线同步电机.在此仿真设计的基础上,我们成功研制了相关的实验室原理性样机.     

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.     

电枢参数对电枢超导型高温超导电机性能的影响

高温超导材料存在背景磁场依赖性和各向异性的问题,针对超导感应电机采用双层绕组结构,提出了双重镜像法建立开口矩形槽内漏磁场垂直方向和水平方向的解析模型,利用该模型研究了超导线圈在传输不同电流情况下磁场分布规律,揭示了开口矩形槽电磁结构参数对槽内超导线圈所受表面磁场的影响规律。研究结果表明,适当增大槽宽尺寸可以有效降低超导线圈表面所受最大磁场,传输电流和线圈匝数均能够近乎线性增大超导线圈表面所受最大磁场。     

基于ANSYS的供电频率对高温超导直线感应电机性能影响的分析

通过对高温超导直线电机的理论分析,从内部电磁场的角度出发,研究供电频率的变化对高温超导直线电机的各项电磁性能影响。利用ANSYS有限元分析软件对电机的电磁场、电磁推力以及热损耗进行仿真,并对仿真结果进行简要说明。文中的研究结果对高温超导直线感应电机的运行参数设计提供了理论依据和分析基础。     

三相行波磁场中涂层超导线圈的电-磁-力特性研究

随着超导线圈在电力领域中的应用越来越广泛,该文利用有限元仿真软件对处于交变磁场中载流高温超导带材的电-磁-力特性进行了研究,通过超导体的非线性E-J本构关系和基于棱边元法的磁场强度法来求解超导线圈内的电流分布、线圈周围的磁场分布及其受到的电磁力大小等电磁特性,重点研究了在以涂层超导磁体为励磁线圈的直线牵引系统中超导线圈和三相绕组之间的电磁力大小.基于仿真结果,分析了超导线圈内电流分布随气隙的变化关系;线圈周围的磁场分布情况及其对超导线圈临界电流的影响;线圈受到的电磁力随时间和气隙的变化关系等,所得结果为高温超导直线电机的设计和应用提供参考依据.     

高温超导脉冲变压器线圈结构参数影响分析

用于脉冲功率电源的高温超导脉冲变压器,集超导储能与脉冲放电为一体,在脉冲功率技术中有着良好的发展前景。设置合理的线圈结构参数可以提升高温超导脉冲功率变压器的耦合系数和储能容量,满足脉冲功率电源小型化、轻量化的优化目标。本文利用有限元仿真软件Anysys EM,建立了同轴饼式线圈叠加结构的单模块变压器模型和环形结构的多模块变压器模型,根据磁场分布和后期计算,分析了结构参数对脉冲变压器耦合系数和原边超导线圈的储能的影响。仿真分析结果表明,在77 K时,采用相同用线量的情况下,单模块高温超导脉冲变压器耦合系数和原边电感线圈的储能随线圈高度减小逐渐增大;多模块高温超导脉冲变压器减小线圈高度、增大内半径能够获得较高的性能,为超导脉冲变压器的脉冲电源实验验证提供了一定的参考依据。     

齿槽结构对高温超导直线感应电机水平推力影响

齿槽结构参数对高温超导直线感应电机性能有重要影响。为了具体研究这些结构参数对电机性能的影响,通过2D瞬态场有限元分析,分别研究了槽宽、槽高、齿宽对电机的电磁特性,高温超导绕组所受最大垂直场以及电机最大通电电流的影响,得到高温超导电机最大通电电流与槽宽、槽高的关系,得到结构优化后的临界槽宽以及临界槽高。通过研究分析表明,优化的齿槽结构参数有利于提高高温超导直线感应电机的通流能力,增大电机的电磁推力。     

基于ANSYS的高温超导直线感应电机仿真分析

随着直线感应电机在地铁等城市轨道交通中的不断应用和高温超导带材技术的不断完善,文中提出一种新型高温超导直线感应电动机的设计思路,依据直线感应电机电磁设计原理,对高温超导直线感应电机进行了研究和设计;利用大型有限元软件ANSYS对电机的电磁场、电磁力等进行仿真,给出仿真结果;并对仿真结果进行简要说明。最后通过对普通铜绕组直线感应电机和高温超导直线感应电机的理论和仿真分析对比,验证了高温超导直线感应电机将具有更大的优越性。     

轨道交通用高温超导直线感应电机电磁分析

设计研究了一种用于轨道交通的新型高温超导直线感应电机模型。并结合轨道交通用直线感应电机的实际运行状况,利用ANSYS软件对超导直线感应电机模型进行电磁分析。获得电机内部的磁场分布规律;并研究了电磁气隙、次级材料及次级感应板厚度对电机电磁推力的影响。最后在相同运行条件下,将传统铜绕组电机与高温超导电机做了比较,超导直线感应电机在电磁推力上有优势。     

超导直线电机结构参数对性能影响

高温超导直线电机作为电磁弹射的动力核心, 需要具备稳态推力大和推力稳定性高的特点. 本文利用有限元仿真分析法, 分析了定子背铁厚度、 气隙长度、 极矩以及超导磁体内径等结构参数对电机稳态推力、 推力波动、气隙磁场垂直分量和铁心损耗的影响. 由仿真数据得出: 增大定子背铁厚度, 铁心损耗有先增大后下降的变化趋势; 极矩逐渐增大时, 稳态推力先增大后减小, 但是极矩的增大会带来电机推力波动的增大; 增大超导磁体内径, 电机稳态推力平均值升高. 结果表明本次研究达到了增大推力以及提高推力稳定性的目的, 并对后续超导直线电机结构优化提供了可靠依据.     

用于脉冲电源的高温超导脉冲变压器模型及其参数影响分析

高温超导脉冲变压器用于能量存储以及电流脉冲放大,是电感储能型脉冲电源的重要设备。为了合理地设计高温超导脉冲变压器线圈的几何参数,满足脉冲功率系统体积小型化和储能密集化的发展趋势,本文选择了同轴饼式线圈叠加结构的脉冲变压器模型,利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell进行建模仿真,分析了几何参数对高温超导脉冲变压器原边超导线圈的临界电流密度、储能容量、线圈中超导带材的受力以及变压器耦合系数的影响。通过对仿真结果的综合分析,得出原边超导线圈的高厚比小于0.3时,小型高温超导脉冲变压器可以获得较高的性能,为脉冲功率技术的基础性实验验证研究提供了一定的理论基础。     

次级结构参数对高温超导直线感应电机电磁特性的影响

次级结构参数对高温超导直线感应电机电磁特性具有重要的影响。分别对次级导电板的材料和厚度对高温超导直线感应电机电磁特性的影响进行研究分析。首先复合次级结构包括导电板和导磁板,分别选择铝板和铜板作为导电板,背铁材料作为导磁板,分别对两种材料在电磁推力、垂向力以及高温超导绕组所受最大垂直场方面做了分析,最终选择了铝铁复合次级结构。然后针对铝铁复合次级特性,通过改变铝板的厚度,来研究铝板的厚度对电磁推力、垂向力、超导绕组所受最大垂直场以及最大通电电流等参数的影响。分析结果表明合适的次级板材料和结构有利于改善高温超导直线感应电机的综合性能。     

玻璃包覆铜丝快速凝固感应加热磁场数值模拟

 建立了玻璃包覆铜丝快速凝固感应加热电磁场计算模型，借助MATLAB软件描述了圆柱形导体内电磁场分布规律。研究了感应线圈直径、锥度和匝数等参数对感应线圈内磁场分布的影响。结果表明: 随着感应线圈直径的增大，最大磁场强度降低；随着锥度的增大，线圈中最大磁场强度降低；随着感应线圈匝数增加，线圈中的最大磁场强度增加。扫描电镜和X射线衍射仪分析表明，实验制备的玻璃包覆铜丝的直径为18 mm、铜丝的直径为3.3 mm，玻璃包覆铜丝的表面质量及直径均匀性较好，铜以晶态形式存在，在［200］晶向具有明显的择优取向。     

一种行波磁场中高温超导块材的电磁-热仿真方法（英文）

对高温超导块材在行波磁场中的电磁-热特性研究是掌握超导块材在直线电机中良好应用的基础.本文提出一种快速计算的仿真方法,建立了超导块材处于行波磁场中的有限元模型来计算超导块材内的电磁和温度分布.这个模型考虑了超导块材的非线性E-J本构关系及利用磁场强度法来分析行波磁场的频率和幅值对块材内电磁和温度分布的影响,并对提出的新方法与传统方法的计算结果和计算时间进行了对比,发现两种模型的计算结果相同但本文提出的新方法计算时间更短.     

基于有限元的高温超导线圈临界电流快速算法

超导线圈在电力设备中应用广泛。临界电流作为超导线圈的一项重要参数,在电力设备复杂的电磁环境中快速和准确预测线圈的临界电流是非常重要的。基于有限元(FEM),分别使用H方程模型与磁场(简称:MF)等效模型对一个双层的高温超导线圈临界电流进行了计算,两种模型的仿真结果一致,并分析了MF等效模型仿真快速高效的原因。将MF等效模型拓展至含分磁环的超导线圈中,进一步计算不同外场条件下分磁环对临界电流的影响,并发现分磁环影响下的端部电场激升是线圈临界电流下降的主要原因。     

基于有限元分析电能无线传输实验的谐振传输特性

通过三维有限元电磁仿真软件设计了电能无线传输实验的仿真模型,研究了电能无线传输实验的谐振特性以及传输特性.通过合理设置参量,模拟电能无线传输实验的电磁能量传输过程.通过控制变量法,研究电能无线传输过程中,实验参数对其传输性能的影响,主要包括谐振线圈的匝数、线圈的间距、谐振状态等因素对传输距离和谐振频率的影响.     

结构参数对高温超导绕组线圈磁化损耗影响分析

为了研究高温超导电力设备的绕组密度对其磁化损耗的影响,优化绕组线圈结构,减小交流损耗。利用有限元仿真软件,建立了多匝双根单饼线圈绕组的二维轴对称模型。在外加交变磁场条件下,分别改变超导绕组线圈匝数、匝间间距,分析磁化损耗的变化规律。结果表明,线圈间存在屏蔽作用,在一定范围内,超导线圈匝数越多,磁化损耗越小,匝间间距与超导线圈的磁化损耗正相关。     

传导冷却高温超导磁体的电磁分析

本文对高温超导双饼线圈的绕制、测试和结果进行了讨论和分析,在此基础之上对传导冷却高温超导磁体进行了电磁分析,通过对6到21个双饼线圈组成的磁体的各种参数进行计算,得到了一系列变化曲线,从中可以看到各个参数的变化趋势,以便有效设计高温超导磁体.     

5 kVA高温超导变压器双饼线圈不同有限元模型对比分析

本文基于5 kVA 高温超导变压器的高压绕组双饼线圈, 运用有限元软件, 完成了均质化建模. 相比于全模型, 采用均质化模型不仅不影响计算精度, 而且大大减少了计算时间, 同时能够快速有效地计算出双饼线圈的磁场分布、 电流密度分布以及线圈交流损耗. 为了验证双饼线圈有限元计算模型的正确性, 本文进行了 H 方程全模型、H 方程均质化模型、T-A 方程全模型及T-A 方程均质化模型下的对比仿真分析. 仿真结果的一致性表明了双饼线圈有限元计算模型的正确性. 本文为后续基于T-A 方程下高温超导变压器均质化模型的研究提供了参考.