高温超导同步直线电机的数值仿真分析

利用Comsol Multiphysics多物理场耦合软件对单极高温超导直线电机进行有限元电磁仿真分析,首先详细介绍高温超导直线电机的二维仿真模型和计算流程,并通过计算结果和实验结果作对比的方法对该模型进行了有效性验证;利用仿真模型详细分析高温超导线圈几何参数对力学性能的影响:高温超导线圈匝数、高度对直线电机力学性能的影响;随着线圈匝数的增加,虽然最大推进力随匝数的增加而单调增加,但对应的作用力增量却随匝数的增加而逐渐减小.另外随着超导线圈高度的增加,当推进力达到一定饱和值后,继续增大线圈高度只能导致法向力的增大,却并不能带来推进力的进一步提高.最后重点讨论在高温超导带材线圈中引入铁磁材料后,铁芯和背部铁轭几何参数对直线电机作用力的影响.所得结论对高温超导直线电机的电磁结构设计具有指导意义.     

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。     

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.     

超导感应加热器中铁芯结构对线圈特性的影响

设计并制作了高温超导直流感应加热器样机。在液氮温度、自场环境下,分别对有无铁芯的带绝缘双饼线圈进行低温实验,测试其V-I特性曲线,并通过0.25Hz频率下的V-I曲线计算线圈电感。实验结果表明,有铁芯双饼线圈的临界电流值相较无铁芯的低,有铁芯的线圈电感约为无铁芯的6倍。同时还采用仿真软件COMSOL,对感应加热器模型的V-I特性进行了仿真,验证了实验测试的有效性。     

饱和铁芯型超导限流器的高温超导磁体的磁场仿真分析

高温超导磁体是饱和铁芯型高温超导故障限流器的核心部件之一,通过超导磁体对铁芯进行直流励磁,控制铁芯的饱和状态,从而限制故障电流.本文以35kV/90MVA饱和铁芯型高温超导故障限流器的超导磁体为研究对象,通过ANSYS有限元软件建立44个双饼线圈的单螺管型磁体的二维电磁模型,得到不同结构磁体产生的磁场,特别是径向磁场的变化规律,结果表明,采用端部并联结构可以有效降低磁体端部径向磁场分量,提高临界电流,该结果为研究饱和铁芯型高温超导故障限流器的电磁特性、磁体励磁能力和结构设计提供一定的参考依据.     

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。     

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.     

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。     

高温超导线饼电感的数值计算方法研究

随着高温超导材料技术的进步,高温超导磁体的研究也成为研究的重点对象。鉴于其零电阻、高电流密度等相对于常规导体磁体所不具备的优点,高温超导磁体在电力工业中储能系统、电机、变压器、限流器等电气装置中也有重要的应用意义。饼绕超导磁体的核心即超导线圈绕制而成的线饼,而超导磁储能系统的动态过程则是围绕着磁体的电感充电与放电开展,因此对高温超导磁体内部线饼的电感及互感耦合的分析显得极为重要。文中在单个线饼的基础上,首先介绍了高温超导线饼的结构,提出计算线饼自感及互感参数的若干数值算法及有限元仿真方法,并结合实际测量数值,对高温超导线饼自感及互感参数进行了对比分析;接着对低温相比常温下线饼电感数值下降的情况进行了简单的原因分析。     

高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。