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轴—径向磁通全超导同步电动机电磁场计算与分析

宋成宇  
【摘要】:随着高温超导材料生产技术的提高,高温超导电机逐渐成为电机领域的一个重要发展方向。与传统超导电机相比,轴-径向磁通全超导同步电动机的电枢绕组和轴向励磁绕组均采用高温超导线材,不但充分发挥了超导材料的优势,而且简化了电机低温冷却系统。但是,轴-径向磁路结构增加了电机内磁场分布的复杂性,因此,为明确该类电机的磁场分布特点及其相关影响因素,本文对一台轴-径向磁通全超导同步电动机的电磁场进行了分析。 首先,结合高温超导材料总结了高温超导电动机的特点及其国内外的发展状况。详细阐述了轴-径向磁通全超导同步电动机的磁路结构特点和工作原理。研究了轴向超导绕组在混合磁路中所起到的调节作用,并对超导电枢绕组排布进行了设计。 其次,基于时步有限元法,对径向磁通半超导同步电动机的电磁场进行了计算与分析,分析了气隙磁场分布特点及转矩随功角的变化规律。在此基础上,对转子分别采用切向式转子磁极结构与混合式转子磁极结构、单层永磁体结构与双层永磁体结构、均匀气隙与非均匀气隙时的磁场分布展开了分析,找出了转子结构对径向磁通半超导同步电动机转矩特性的影响规律。 最后,在径向磁通半超导同步电动机基础上,加上轴向励磁装置,完成轴-径向磁通全超导同步电动机设计。利用有限元方法对该新型电动机的三维空载电磁场进行了计算,分析了轴向超导励磁磁动势变化引起电机电磁场分布改变的情况,研究了轴向磁路对径向磁路的影响。开展相关的实验研究工作,对计算结果加以验证。基于三维磁场计算分析,探讨了径向气隙磁密随导磁端环的厚度以及轴向气隙长度的变化规律。 得出的结论可为该新型电动机结构优化设计和性能分析提供参考,并为进一步开展相关的损耗分析及发热与冷却等问题的研究奠定基础。


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