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。     

爪极高温超导电动机研制

自从发现高温超导材料以来,以美国为主的许多国家都非常重视高温超导电动机的研制,高温超导电动机技术取得了很大的成就。提出了一种新的爪极高温超导电动机模型,详细介绍了样机的原理、结构及设计参数。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

新型动磁式直线压缩机电机的改进设计

研制了一种新型直线压缩机驱动用动磁式直线振动电动机。建立了电动机磁路物理模型,并对电动机动子动力学模型进行了求解,得到了电磁驱动力的基本要求,分析了电动机参数对动子运动特性和电动机性能的影响。运用电磁场有限元方法对动磁式直线电动机电磁场模型求解,磁通分布揭示了电磁力产生机理,分析并优化了不同于传统直线电机的设计方式。数据分析揭示了动磁式直线电动机力-位移-电流之间的关系,为压缩机和电动机控制系统设计奠定了基础。     

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。     

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.     

高温超导直流能源管道电磁仿真分析

高温超导直流电缆具有高电流密度、低损耗的优势,将液化天然气作为超导电缆的冷却液,可以实现电力与能源的一体化输送,提高传输效率的同时降低综合成本。因此,高温超导直流能源管道技术具有广阔的应用前景,其导体结构设计是相应过程中至关重要的问题。针对100 kV/1 kA高温超导直流能源管道导体部分建立三维电磁模型,对比单极性直线结构与螺旋结构、同轴双极性直线结构与螺旋结构在电流动态变化下的导体内部电流分布,研究导体螺旋结构对电流分布均匀性的影响。     

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.     

磁悬浮轨道交通演示模型的研制

详细介绍了自行开发的磁悬浮轨道交通演示模型,该模型以永磁技术为支撑,直线无刷直流电动机提供动力,自控式逆变器保证直线无刷直流电动机输入电流的频率与电动机运行速度始终保持同步,并用MC33033开环控制电路实现对直线无刷直流电机的控制.该模型运行效果较好,起到了较好的教学演示作用.     

极低反射率光控高温超导开关的研究

提出了一种能够实现极低反射率的光控高温超导开关的新结构-微带直线结构,并提出实现此结构的新方法-辐照均匀法。理论分析、仿真数据和可行性验证实验都表明,光控高温超导开关采用辐照均匀法和微带直线结构,可以有效地扩大超导开关光辐照通断点的受辐射面积;因光束光强分布更加均匀,使通断控制性能更高;微带直线结构使得特性阻抗变化完全消失,具有极低的反射率;利用光学元件能够有效控制激光光束直径的特点,使微带线宽指标设计更加灵活,光控超导开关的适应面更广。     

真空管道HTS侧浮系统对直线电机推力的影响

为提高真空管道高温超导(HTS)磁悬浮列车系统的自由悬浮运行速度,提出了侧浮式高温超导磁悬浮系统.通过实验对该系统环线运行下的动态过程进行了研究,结果表明,磁浮车在环线运行中,因离心力和重力作用产生横向位移和垂直位移,通过实验和仿真研究了该动态过程对直线电机驱动性能的影响,结果表明,随着垂直位移和横向位移的减小,直线电机起动推力逐渐增大;当垂直位移为5 mm,横向位移小于10 mm时,磁浮车偏离电机中心引起的驱动力变化影响不大.使列车保持较高的驱动稳定性,为侧浮式真空管道高温超导磁浮车初始悬浮位置设计提供参考.     

磁悬浮列车用超导直线开关磁阻电机设计与分析

通过引入高温超导材料,提出一种新型的超导直线开关磁阻电机结构。建立超导直线开关磁阻电机有限元仿真模型,考虑超导材料的非线性特性,搭建电机控制电路,并详细阐述控制电路实施过程。然后对计算结果进行分析,研究了超导直线开关磁阻电机的励磁电流、推力及法向力变化以及磁场分布等问题,对比分析了传统直线开关磁阻电机与超导直线开关磁阻电机的电磁力特性,结果表明了所提直线电机结构的可行性和有效性。