高温超导横向磁通磁悬浮直线电机仿真与实验研究

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1、国内图书分类号：TM359.4密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文高温超导横向磁通磁悬浮直线电机仿真与实验研究年级2015级姓名王志涛申请学位级别硕士专业电气工程指导教师马光同研究员二零一八年五月ClassifiedIndex:TM359.4U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisCOMPUTATIONANDEXPERIMENTOFAHIGHTEMPERATURESUPERCONDUCTINGTRANSVERSEFLUXMAGLEVLINEARMOTO

2、RGrade:2015Candidate:ZhitaoWangAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.GuangtongMaMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着国家“十三五”科技创新规划纲要的颁布实施，以及中车计划开展600km/h的高速磁浮铁路项目攻关，标志着发展国际领先的高中速磁悬浮车已经成为现代轨道交通技术与装备的重点领域之一。本文拟联合高温超导磁悬浮技术与横向磁通原理，采用电导率大、具有强激磁能力的高

3、温超导材料与传统的非磁性金属板结合作为动子，以E形铁轭三相电枢绕组作为直线电机定子产生轨道磁场，提出一种高温超导横向磁通磁悬浮直线电机结构方案，探索集悬浮、导向与驱动为一体的无永磁轨道高温超导磁浮交通新方向。采用解析计算、有限元仿真与样机测试相结合的方法研究高温超导横向磁通磁悬浮直线电机的基础电磁特性，揭示混合结构动子在复杂的电磁轨道磁场中的多物理场响应特性。首先，介绍与本论文相关的电磁场基本理论，利用解析法对高温超导横向磁通磁悬浮直线电机的静态运行特性进行分析，分别建立铝次级的二维解析模型和高温超导临界态模型，依据磁矢位A法，考虑铝板的边端效应，

4、对电磁场控制方程进行详细推导，将铝次级提供的电磁力与超导线圈提供的电磁力进行求和得到电机悬浮力与推力的合力。其次，阐述了反映高温超导材料E-J非线性特性关系的数学模型，导出幂指数模型的数学表达式，设置超导材料属性，优化网格剖分，建立考虑高温超导材料的非线性E-J关系以及超导线圈接头电阻影响的电机三维有限元仿真模型，充分保证仿真计算的合理性与正确性。最后，搭建高温超导横向磁通磁悬浮直线电机的实验样机及其测试装置，通过实验结果对解析计算模型和有限元仿真模型进行验证，实验和仿真对比研究电机的悬浮力、导向力、推力以及场分布随电气参数和机械参数的变化关系，验

5、证本文所述高温超导横向磁通磁悬浮直线电机的悬浮、导向、驱动一体化特性。同时，从三维有限元仿真的角度研究电机动态运行特性，进一步揭示了混合次级中的铝板在电机侧向稳定性中起的作用。利用高温超导动子在地面轨道磁场中同时承受的排斥力、侧向恢复力以及运行方向拖拽力可以实现悬浮、导向与驱动的一体化，这是在提出高温超导磁悬浮新结构的基础上开展的新研究，不同于目前永磁轨道上的高温超导磁浮研究，开展高温超导横向磁通磁悬浮直线电机相关技术研究，也将为发展新型轨道交通技术开拓出一个崭新和重要的研究方向。关键词：高温超导体；磁悬浮；横向磁通；直线电机；解析计算；有限元仿真

6、西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththeimplementationofthenational13thfive-yearplanforscienceandtechnologyinnovation,andCRRCCorporationLimitedannouncedthelaunchofa600km/hhigh-speedmaglevrailwayproject,whichprovedthatstudyingontheadvancedhigh-speedmaglevvehiclehasbecomeoneofthekeyar

7、easofmodernrailtransittechnologyandequipment.Thispapercombinedthehigh-temperaturesuperconductingmaglevtechnologywithtransversefluxtheorytopresentatransversefluxlinearmotor(TFLM)withthesuperconductor-aluminumhybridasthesecondarymadeofaluminumplateandclose-endedcoatedsuperconduc

8、torcoils,andE-shapedferromagneticyokeswrappedtheconductorwind