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《西南交通大学》 2011年
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扁平型三相绕组上方高温超导磁体力学性能研究

李婧  
【摘要】:始于上世纪末的高温超导直线电机,在实验与理论研究方面均取得很多阶段性成果,现处于实用化的起步阶段。在高温超导同步直线电机的研究中,大多数工作都选用YBCO块材磁体或由一代高温超导带材绕制的超导线圈磁体作为电机励磁单元,并未选用在液氮温度下具有卓越电磁性能的二代高温超导带材绕制的线圈磁体,研究内容基本仅针对初次级间的静态推力、高温超导磁体的磁场分布展开,并未出现针对直线三相绕组上方的高温超导磁体的推进力、法向力同时展开系统分析的研究。另一方面,西南交通大学超导技术研究所于2000年研制成功了世界首辆高温超导磁悬浮实验车,选用单边扁平型直线电机为悬浮车体提供无接触的驱动力。由于初次级气隙较大,电机的效率和功率因数较低。采用能量密度大、功率高的高温超导直线电机对磁悬浮车进行驱动可实现悬浮、导向、推进超导一体化,进一步减低能耗、有利于提高系统整体效率。 本论文以探寻适用于高温超导磁悬浮的更先进的驱动系统为目的,率先提出采用高温超导块材磁体以及由第二代高温超导带材绕制线圈磁体作为直线电机次级励磁单元的方案。针对适用于磁悬浮驱动的扁平型高温超导同步直线电机展开研究。 首先,高温超导块材具有很强的磁通俘获特性,将其磁化后视为准永久磁体,可替代传统磁场源。使用充磁后的高温超导体作为直线电机次级的磁场源后,研究位于单边扁平型初级绕组上方的高温超导块材磁体所受的作用力。分析高温超导块材磁体的俘获磁场分布以及直线初级绕组上方某一点处磁感应强度的时间分布,实验研究初次级的电磁参数对作用力的影响以及作用力幅值随时间的衰减情况。 其次,提出三种不同结构的高温超导空心线圈:圆形单饼结构、圆形双饼结构以及跑道形单饼结构,将其作为直线电机次级的磁场源。通过实验方法比较当直线电机初级选用同一扁平型三相绕组时,三种线圈结构对直线电机初次级间作用力的影响。重点研究线圈直流励磁电流、三相绕组交流电源参数对作用力的影响。发现跑道形单饼结构的高温超导线圈磁体更适用于扁平型初级绕组。以跑道形单饼线圈磁体为对象,研究增加线圈磁体的匝数、引入铁磁材料对作用力的影响,并分别研究空心、含铁芯、含铁轭、同时含铁芯和铁轭的四种跑道形单饼超导线圈磁体在三相绕组上方的受力情况。 最后,利用有限元软件对高温超导直线电机进行仿真,首先详细介绍单极高温超导直线电机的二维仿真模型和计算流程,通过对比实验数据与计算结果来分析和验证仿真模型的有效性;详细分析高温超导线圈高度、匝数对直线电机力学性能的影响,并重点讨论在高温超导带材线圈中引入铁磁材料后,铁芯和背部铁轭的几何尺寸对作用力的影响。 本论文为具有更高推力、大型高温超导直线电机的研究提供设计依据,推动高温超导同步直线电机实用化的研究进程,并为进一步改进高温超导磁悬浮实验车系统的驱动子系统提供帮助。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM265

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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