高温超导直线感应电机电磁分析

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1、作者姓名：盛龙导师姓名：方进学位类别：工科学号：09121990职称：副教授学位级别：硕士-学科专业：电气工程研究方向：高温超导直线电机北京交通大学2011年6月●致谢本论文的工作是在我的导师方进副教授的悉心指导下完成的，方进副教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来方进老师对我的关心和指导。方进老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向方进老师表示衷心的谢意。张威老师、吕刚老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心

2、的感谢。’在实验室工作及撰写论文期间，赵佳师兄、秦伟师兄、赵颖、宝旭峥、谢治、邓珂琳、金种、李栋等同学对我论文中的实验研究工作给予了热情帮助，’在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。本文参考了大量的文献资料，在此也向各学术界的前辈们致敬!中文摘要摘要：直线感应电机以其结构简单，直接驱动而无需中间传动转换装置在工业生产领域有着较为广泛的应用。随着直线感应电机研究的深入，其在轨道交通领域更是有着广阔的应用前景。另外，近几年超导技术有了很大的发展，Bi系列高温超导带材的制

3、作工艺以及性能都得到很好的改善，这使得将超导技术应用于直线感应电机成为可能。本文设计了一种新型的用于轨道交通的高温超导直线感应电机，并对其电磁特性等进行研究和分析。本文首先介绍了用于轨道交通的直线感应电机研究现状，并结合高温超导带材的优势阐述了将超导技术与直线电机技术相结合的可行性。介绍了高温超导直线感应电机的原理及特点。根据常规铜绕组直线感应电机设计理论公式，并结合高温超导带材的特点及冷却系统的要求，完成对高温超导直线感应电机的结构设计并获得其结构参数。介绍了Bi．2223／Ag双饼跑道型超导绕组、杜瓦、铁芯等绕制及

4、制作工艺，通过测试验证了绕组性能的稳定性以及杜瓦设计的可靠性。介绍了高温超导直线感应电机组装的注意事项。其次，通过ANSOFT有限元分析软件对所设计的电机模型进行2D电磁仿真，具体分析了电磁参数以及结构参数的变化，对高温超导直线感应电机的电磁特性以及对超导绕组最大垂直场影响。结合超导绕组临界电流与背景场的关系曲线，得到不同电磁参数以及结构参数下超导电机的最大通电电流。搭建了高温超导直一线感应电机实验平台，完成铜绕组样机以及高温超导线圈绕组电机的负载试验。将测试结果与仿真结果相比较，表明有限元计算在直线感应电机设计过程的

5、可靠性。最终，提出一种HTSLIM结构模型的优化设计方案，通过研究电机初级槽宽、槽高、齿宽、轭高等关键结构参数的变化对电机电磁性能及HTS绕组最大垂直场的影响，得到一种铁芯与杜瓦分离的分离冷却型HTSLIM结构模型，实现HTSLIM的节能优化设计。关键词：高温超导；直线感应电机；有限元分析；电磁特性；垂直场；临界电流；结构优化分类号：TM359．4：TM37；TM303．1IIMtllthedevelopmentofLIMapplication,LIMhaspromisingfutureintheurbanrail-b

6、oundtransitsystems．Besides，greatprogresshasmadeinthetechnologyofsuperconductivityrecently,thefabricationprocessandpropertyofBisuperconductingstripsaleimprovedgreatly．ItispossibletocombinetheLIMtechnologywithsuperconductivitytechnology．Thethesisdesignedanewtypeof

7、hightemperaturesuperconductorlinealinductionmotor(HTSLIM)．Theelectromagneticpropertiesofthemotorwereanalyzed．Firstly,thethesisintroducedthecurrentstateofLIMusinginrail—boundtransitsystems．ThefeasibilityofLLMwithsuperconductivitytechnologywasillustratedinthethesi

8、s．ThestructuralparameterswhichconsideredthedesignrequirementsofHTSLIMWasgivenbythedesignformulaofconventionalLIMwithcoppertapewinding．Thefabricationprocessofsupercond