基于解析法的超导发电机磁场分析与结构优化

混合型高温超导发电机采用高温超导带材作励磁材料,结构上与传统电机有较大的不同,设计方法也不尽相同.本文基于傅里叶变换将超导发电机的励磁集中绕组等效为沿转子圆周正弦分布的激励源,建立了超导发电机磁场分析模型.对电机气隙磁场分布进行了求解,并分析了不同绕组张角时气隙磁密波形中的谐波含量.通过参数化分析,研究了不同环境屏、转子的尺寸对电机功率密度的影响.采用有限元法对磁场求解结果进行了验证,结果一致性较好.研究结果表明,励磁绕组张角会对电机气隙磁密波形产生影响,合理设置超导发电机环境屏及转子结构,可以提高超导发动机的功率密度.     

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.     

两种减少高温超导风机交流损耗的结构优化方法

超导线圈的制冷问题是高温超导(HTS)风力发电机研究中的一个重点,尤其是在使用接触式制冷的超导电机中,现有制冷机的制冷功率普遍较低,这就要求超导线圈的交流损耗不能太大。在超导风力发电机中,为了减少交流损耗,通常将超导线圈放置在转子中作为励磁线圈使用。在定子齿部材料为铁磁材料的旋转电机中,气隙磁场会发生畸变,转子旋转时超导线圈处会出现交变磁场,产生交流损耗。通过有限元软件仿真,以使用接触式制冷系统的2.5MW高温超导风力发电机为研究对象,证明使用铁磁材料的定子齿部结构是造成超导线圈处交变磁场和交流损耗的主要原因。采用均一化模型计算交流损耗,提出两种减小交变磁场和交流损耗的结构优化方法,即定子齿部采用非磁性材料和在气隙处增加磁屏蔽层。     

两种减少高温超导风机交流损耗的结构优化方法北大核心

超导线圈的制冷问题是高温超导(HTS)风力发电机研究中的一个重点,尤其是在使用接触式制冷的超导电机中,现有制冷机的制冷功率普遍较低,这就要求超导线圈的交流损耗不能太大。在超导风力发电机中,为了减少交流损耗,通常将超导线圈放置在转子中作为励磁线圈使用。在定子齿部材料为铁磁材料的旋转电机中,气隙磁场会发生畸变,转子旋转时超导线圈处会出现交变磁场,产生交流损耗。通过有限元软件仿真,以使用接触式制冷系统的2.5MW高温超导风力发电机为研究对象,证明使用铁磁材料的定子齿部结构是造成超导线圈处交变磁场和交流损耗的主要原因。采用均一化模型计算交流损耗,提出两种减小交变磁场和交流损耗的结构优化方法,即定子齿部采用非磁性材料和在气隙处增加磁屏蔽层。     

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。     

基于ANSYS的大电流高温超导线圈的环流分析

超导材料由于其零电阻特性,与常导线圈相比较,绕组各支路间漏电抗微小的不平衡将会引起很大的环流.环流的存在使磁场分布更加不均匀,从而影响交流损耗和临界电流.该文采用磁场与电路分析相结合的方法,应用有限元法分析漏磁场并计算电感系数矩阵的基础上得到电路方程,计算双饼超导线圈绕组的支路电流分布,并分析了支路电阻对环流的影响.计...     

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。     

导体对磁场的屏蔽作用分析

分析了导体球壳对静磁场和对交变磁场的屏蔽作用,讨论了影响导体球壳对静磁场和对交变磁场的屏蔽作用的因素.     

饱和铁心型超导限流器

饱和铁心型超导限流器具有限流功能可靠、输电稳态损耗小、限流恢复时间短等优异特性。根据其工作原理,一方面,用于直流励磁的超导绕组自身不承受短路电流冲击,这避免了其它类型超导限流器中由于超导绕组失超所带来的诸多技术难题;另一方面,其主体电抗器可以借鉴成熟的铁心电抗器技术。因此,饱和铁心型超导限流器的以其优异的性能特性和成熟的工程实现技术,成为迄今为止人们研究的各类超导限流器中的最具实用价值的一种。在电网容量不断扩大,智能化水平不断提高的今天,饱和铁心型超导限流器有非常广阔的应用前景。文中将叙述饱和铁心型超导限流器的基本原理、结构形式、功能特性,并对已在云南普吉变电站挂网运行的35kV/90MVA超导限流器进行简要介绍。     

ITER�������������ߵ����Чģ����Ԥ��

ITER超导磁体系统的超导电流传输线导体是由NbTi/Cu管内电缆超导体、辅助绝缘层和接地金属屏蔽层组成的层状复合材料结构。分别采用基于传统的复合材料理论和基于均匀化理论与复合材料损伤理论相结合的方法对超导传输线导体的等效模量进行了理论预测。这些结果为分析和计算超导电流传输线的应力和变形以及热性能提供了必要的参数。     

含超导的多层屏蔽体磁屏蔽特性的仿真研究

基于电磁辐射的严重危害性,探索有效的电磁屏蔽方案,已经成为当前国际上迫切需要解决的问题.本文根据高磁导率铁材料和高温超导材料的电磁屏蔽特性,利用Ansoft Maxwell 3D仿真软件,建立高磁导率材料铁空心圆柱体和高温超导材料YBCO空心圆柱体及其组合的屏蔽模型,对一个空心线圈产生的磁场进行被动磁屏蔽.仿真研究了铁屏蔽体和超导屏蔽体厚度和高度对低频磁场磁屏蔽效能的影响.仿真结果表明,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层YBCO屏蔽体的屏蔽效能高3倍,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层铁屏蔽体的屏蔽效能高1.5倍,最理想磁屏蔽体结构是YBCO/Fe二层组合结构,其具有最高的磁屏蔽效能.综合利用高磁导率材料和高温超导材料等电磁屏蔽材料的特点,选择最优电磁屏蔽方案,进行电磁屏蔽新技术研究,以提高电磁屏蔽效能,对电磁兼容问题的解决具有重要的理论和应用意义.     

高温超导磁阻电机的研究

本文针对超导磁阻电机结构并结合临界态模型,利用有限元法计算电机内部磁场和交直轴电抗,借以分析电机稳态工作特性,通过样机构造及其性能测试和分析,证实了HTS磁阻电机较传统电机能够以更小体积和重量实现更大的输出功率、更高的功率因数和效率,此项研究为百kW-MW级HTS磁阻发电/电动机研发奠定了良好的理论和实践基础.     

超导变压器绕组环流及漏磁场计算

高温超导变压器的漏磁场降低绕组中的临界电流并增加交流损耗;超导材料的零电阻特性使得绕组限制环流的能力极低.因此,在设计超导变压器时,进行磁场分析和环流计算显得尤其重要.本文采用场-路结合的方法,即在用ANSYS求得反映变压器各支路之间电磁耦合的电感矩阵的基础上列出电路方程,计算了变压器低压绕组5种不同形式的各支路电流分布,并进而分析了磁场.同时提出了减小环流和改善磁场分布的一些措施.     

高温超导储能磁体双圈分裂式嵌套屏蔽研究

随着高温超导储能磁体储能量的进一步增大,对高储能量磁体周围漏磁场的屏蔽愈加重要.增强屏蔽效果与减少屏蔽成本成为磁体屏蔽的两个重要目的.本文利用有限元仿真软件ANSYS对高温超导磁体周围的漏磁场分布进行分析,并对其进行双圈分裂式嵌套屏蔽.以屏蔽效果和超导带材用量为优化目标,对屏蔽磁体的几何参数进行计算和优化,并对不同屏蔽方案进行对比分析.     

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.     

开孔矩形腔体电磁泄漏特性的解析研究

本文提出了一种用于计算开孔矩形腔体电磁泄漏场的解析理论模型.该理论模型先基于模式展开法求解封闭腔场,进而依据Bethe小孔耦合理论将泄漏场与封闭腔场用等效偶极子关联.该模型可以考虑波频率、场源位置、开孔位置及场强观测点位置等因素的影响,计算结果与全波仿真结果一致.本文计算分析了相关因素对电磁屏蔽效能的影响规律,并给出了物理解释.结果表明近场屏蔽效能小于远场屏蔽效能,且近场区电场屏蔽效能与磁场屏蔽效能并不相同.     

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.     

正交耦合型高温超导可控电抗器支撑结构设计

<正>交耦合型高温超导可控电抗器存在正交铁心结构,且通过由高温超导绕组励磁以及控制端铁心增加气隙的方式提高电抗输出容量,但磁体整体结构相对复杂,尤其是气隙的存在使得漏磁增大进而导致运行中振动和噪声增强。为保证磁体结构稳定性,必须对磁体本体进行模态分析并进行支撑结构设计。通过有限元分析的方法,对正交耦合型高温超导可控电抗器样机本体的固有频率进行了计算。模态分析表明,气隙处振动较为明显,振动频率与基波的5、7倍频相近。基于分析结果并结合超导励磁绕组的冷却需求,提出了用以降低磁体振动损坏风险的强化方案,完成了低温杜瓦以及总体支撑结构设计,考虑预应力的模态分析结果表明,磁体本体的振动得到了有效的抑制。     

矩形截面超导线圈的径高比对最大磁场点位置和幅值的影响分析

为了充分利用超导线材的载流能力, 需要精确计算超导线圈产生的最大磁场值, 还需要明确最大磁场值所处的具体位置. 其中, 最大磁场点的位置主要由线圈的形状( 径高比) 决定. 本文基于单积分法并通过 MATLAB编程, 将矩形截面线圈的径高比α 和β 参数化, 计算分析线圈内壁边上和端面边上各点磁场的变化趋势. 同时, 利用电磁场有限元软件 ANSYS, 对矩形截面线圈的空间磁场进行仿真分析, 得到线圈的内壁磁场系数、 端面磁场系数和最大磁场系数随α 和β 的变化规律; 进而, 计算并寻找到了线圈截面上最大磁场点的位置和幅值. 综合分析表明, 线圈内壁边上的最大磁场点并不是始终位于内壁中点Bc 处, 而是可能偏离端点Be 一小段距离的某点(a1 ,b -δ )处; 线圈端面边上的最大磁场点一定不位于端点Be 处, 而是偏离端点Be 一小段距离的某点(a1 +δ ,b ) 处. 本文给出了线圈截面上最大磁场系数 K mc 对应于线圈径高比(α ,β ) 变化的等高曲线, 矩形截面超导线圈最大磁场值可以通过计算内壁中点的磁场值与最大磁场系数的乘积获得.     

内/外部励磁方式下高温超导环的俘获场特性

高温超导磁体在闭环运行时,可以提供稳定磁场,但是由于高温超导带材无法实现无阻焊接,成为高温超导磁体闭环运行的技术瓶颈.本文利用第二代高温超导带材制备闭环超导环,采用内部励磁和外部励磁对超导环进行励磁,在液氮温度中(77 K)测量超导环的中心俘获磁场.结果表明超导环在内部励磁俘获的磁场值比外部励磁俘获的磁场值高;外部励磁中,超导环中插入铁芯柱能提高俘获场;内部励磁中,超导环在螺线管闭环运行俘获的磁场值比开环运行俘获的磁场值高.结果对于高温超导闭环磁体励磁和高温超导带材磁通动力学研究具有很重要参考价值.