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.     

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。     

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。     

高温超导感应电机分析与仿真

将一个320kW的普通鼠笼式感应电机进行改造,分别采用两种不同的高温超导材料Bi-2223/Ag和YBCO,替代原电机的导条和端环。采用等效电路的分析方法,并结合能在较宽的电场强度与电密范围内描述超导材料特性的Weibull函数,分析超导感应电机性能。分析表明,超导感应电机的启动转矩有明显提高,且稳定后可达到同步速,稳定运行效率提高。进一步对这两种不同材料对电机的影响进行分析,表明采用YBCO的电机性能更好。最后对电机的暂态过程进行仿真。     

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。     

一种高温超导定子无铁芯感应电机概念设计

高温超导带材的载流能力要比普通铜导线高几十倍,使用高温超导绕组能够产生强磁场,更容易制作体积小的大功率电机,但受铁芯磁通饱和现象的限制,无法充分发挥超导电机的优势,因此采用无铁芯结构的高温超导电机成为近年来国内外的研究热点。本文设计了一台18k W的高温超导定子无铁芯电机,对电机各部分结构设计做了详细的讨论,给出了电机结构参数,最后通过初步的仿真计算验证了电机结构参数计算的合理性。     

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.     

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.     

直线电机用高温超导块材磁体作用力—磁场特性分析

本文以探究高温超导块材磁体在同步直线电机实际应用特性为目标,搭建了对磁场、三维电磁力信号同时采集的多物理场测试平台.实验探究了作为直线电机次级的高温超导块材磁体所受电磁力、俘获磁通随充磁电流、电机初级三相交流电电流幅值、频率等参数的变化规律.理论分析了高温超导块材俘获磁通在行波磁场中的衰减规律.基于所得结论,提出可有效抑制磁场衰减的方法—引入铁磁材料,并重点讨论该方法对初次级间电磁力的影响.     

基于DSP的直线感应电机模糊矢量控制系统研究

针对直线感应电机强耦合、多变量、非线性、时变的控制特点,将模糊控制策略应用到转差频率直线感应电机矢量控制系统中。建立了计及端部效应的直线感应电机等效数学模型,设计了基于DSP的直线感应电机模糊控制系统的软硬件,采用磁链开环、速度和电流闭环的矢量控制系统,对速度模糊控制器进行了设计。对直线感应电机在起动和负载情况下的动态特性进行了仿真实验,结果表明：采用模糊控制实现的直线感应电机转差频率矢量控制系统比具有基本数学模型的传统PI控制系统具有更强的鲁棒性。     

基于Ansoft的永磁轨道排布方式的仿真优化

将永磁轨道上表面磁感应强度作为主要参数进行检测和考察,以衡量其悬浮性能的优劣程度。首先通过对比Ansoft仿真值与实际测量值,确定了最佳测量位置为永磁体上表面2mm处,然后分别对多种排布方式的永磁轨道表面磁感应强度B进行了仿真并观测,得出结论表明:从制作的经济性以及实用性考虑,三极对顶式永磁轨道能提供目前最优的悬浮性能。该结论对高温超导磁悬浮系统永磁轨道的制作和设计有一定的参考价值。     

高温超导用自由活塞斯特林制冷机理论研究

制冷机是制约高温超导器件的瓶颈.文中针对自由活塞式斯特林制冷机进行了理论研究,建立了自由活塞斯特林制冷机的热声模型,对充气压力、活塞的位移振幅、热端换热器温度和密封间隙进行了模拟.模拟结果显示,以最大制冷量为目标最佳充气压力为1.9MPa,增加活塞位移振幅、降低回热器热端温度以及减小密封间隙可提高制冷机的性能.     

直线感应加速器输运过程模拟

对直线感应加速器中电子束的输运过程进行数值模拟研究,采用了时域有限差分与粒子模拟相结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中,成功地使用了非均匀网格模型,实现了对加速腔精细结构的建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟,最后将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程,并对结果加以分析,验证了方法的正确性。     

直线感应加速器输运过程模拟

对直线感应加速器中电子束的输运过程进行数值模拟研究,采用了时域有限差分与粒子模拟相结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中,成功地使用了非均匀网格模型,实现了对加速腔精细结构的建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟,最后将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程,并对结果加以分析,验证了方法的正确性。     

铁基高温超导体的中子散射研究

文章回顾了作者和合作者三年来应用中子散射技术方法,在铁基高温超导体研究中,通过测定材料的组分、晶体结构、反铁磁序结构、相变以及结构类型激发与磁性激发谱,对这些材料的微观物理过程与机理所做的初步理解和分析.     

铁基高温超导体的中子散射研究

文章回顾了作者和合作者三年来应用中子散射技术方法,在铁基高温超导体研究中,通过测定材料的组分、晶体结构、反铁磁序结构、相变以及结构类型激发与磁性激发谱,对这些材料的微观物理过程与机理所做的初步理解和分析.     

基于第二代高温超导带材的磁体研究进展与挑战

随着第二代高温超导(2G-HTS)带材技术的进步和性价比的提高,世界各地的科研机构纷纷展开了基于REBa₂Cu₃O_7−δ(RE123)带材的磁体研制。RE123带材具有极高的载流能力和在场性能,能产生低温超导(LTS)磁体不能达到的强磁场(>24 T)。然而,RE123磁体依然面临着诸多挑战,如磁体的工艺技术、带材的机械性能及性价比等都还需要进一步的提升与优化。文章首先介绍了用于磁体绕制2G-HTS带材,包括其成材工艺、在场性能及应力应变影响等;其次讨论了超导磁体研制的重要技术问题,包括RE123线圈技术、磁体失超保护、屏蔽电流效应及交流损耗等;最后对国内外2G-HTS磁体的研究进展进行了总结,包括磁体的设计方案、技术特点和运行情况等。     

基于迈斯纳效应超导电机的设计与电磁结构分析

本文对低温超导体在低温环境下表现出的迈斯纳效应进行了分析,并将这一现象产生的抗磁特性应用于电机驱动,设计出一种定子位于转子内部的超导电机。文章还阐述了电机的工作原理,结构设计方案。针对一种两相驱动的结构设计方案进行了电磁结构分析,得到具体的电机特性参数。