电枢超导型高温超导感应电机电磁特性及结构优化研究
发布时间：2021-02-14 17:54
高温超导电机具有高可靠性、高功率密度和高效率的优势。但传统上超导电机大部分都是在转子结构上采用超导线圈或超导块材来发挥永磁体的作用,在电机高速运行时转子上的高温超导线圈或块材会承受较大的离心力,导致超导材料临界电流下降,影响超导电机的性能,此外转子冷却系统需采用动密封结构,导致电机的结构进一步复杂化而限制了转子的高速运行。本文提出了一种电枢超导型高温超导感应电机可以解决这些问题,实现高功率密度、高效率、冷却简单和成本低的需求。围绕该高温超导感应电机的电磁机理、参数分析、超导绕组交流损耗、设计原理及系统结构、结构优化设计等开展了深入的研究。全文的主要内容如下:针对高温超导感应电机中由于采用非线性超导材料导致传统电机矢量分析法准确性存疑的问题,本文提出了 LR电路微分方程数值解法研究高温超导感应电机的电磁机理。针对高温超导材料电磁本构关系,揭示了高温超导材料的电阻率变化规律,研究了高温超导体的磁场透入和电流分布的规律特点;结合超导材料E-J法则,推导出了定子电流和转子电流的常微分方程LR形式,采用了欧拉法解常微分方程的办法对微分方程组进行离散化,得到了电机定子电流和转子电流的离散化形式;结...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 高温超导电机低温保持系统的研究现状
1.2.1 国外低温保持系统的研究现状
1.2.2 国内低温保持系统的研究现状
1.3 高温超导电机的研究现状
1.3.1 国外高温超导电机的研究现状
1.3.2 国内高温超导电机的研究现状
1.4 本文的主要研究内容
2 高温超导感应电机LR电路模型分析与计算
2.1 高温超导带材的电磁特性
2.1.1 高温超导体等效电阻率
2.1.2 高温超导体的磁场透入
2.1.3 高温超导体的电流分布
2.2 高温超导感应电机LR电路模型
2.2.1 转子超导型高温超导感应电机LR电路模型
2.2.2 电枢超导型高温超导感应电机LR电路模型
2.2.3 全超导型高温超导感应电机LR电路模型
2.3 本章小结
3 电枢结构参数对电枢超导型高温超导感应电机性能的影响
3.1 高温超导材料临界电流各向异性
3.2 超导电机定子槽内漏磁场的特性分析
3.3 电枢结构参数对槽内超导线圈表面磁场的影响规律
3.3.1 超导线圈位置对线圈表面磁场的影响
3.3.2 开口矩形槽尺寸对线圈表面磁场的影响
3.3.3 传输电流和匝数对线圈表面磁场的影响
3.4 本章小结
4 电枢超导型高温超导感应电机超导绕组交流损耗研究
4.1 高温超导材料的交流损耗模型
4.1.1 高温超导材料自场下的交流损耗
4.1.2 高温超导材料垂直交变外磁场下交流损耗
4.1.3 高温超导材料平行交变外磁场下交流损耗
4.2 高温超导线圈交流损耗特性分析
4.2.1 高温超导线圈的结构
4.2.2 高温超导线圈的载流特性
4.2.3 高温超导线圈的交流损耗模型
4.2.4 高温超导线圈的交流损耗数值计算
4.3 减小高温超导电机超导绕组交流损耗的方法
4.4 本章小结
5 电枢超导型高温超导感应电机设计
5.1 电枢超导型高温超导感应电机提出
5.2 电枢超导型高温超导感应电机的结构
5.3 电枢超导型高温超导感应电机电磁设计
5.3.1 定子结构设计
5.3.2 转子结构设计
5.3.3 超导感应电机电磁设计
5.4 电枢超导型高温超导感应电机运行性能分析
5.5 本章小结
6 电枢超导型高温超导感应电机的制作与绕组实验研究
6.1 电机各部件的制作
6.1.1 定子制作
6.1.2 转子制作
6.1.3 超导线圈制作
6.1.4 低温保持系统制作
6.2 高温超导磁体性能测试
6.2.1 高温超导带材和线圈临界电流的测试
6.2.2 高温超导带材和线圈交流损耗的测试
6.3 本章小结
7 电枢超导型高温超导感应电机的电磁结构优化
7.1 定子有铁芯结构优化
7.2 定子无铁芯结构优化
7.3 本章小结
8 结论与展望
8.1 全文结论
8.2 展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]对玻璃钢低温容器发展前景的研究[J]. 刘彦章. 科技风. 2017(05)
[2]变频调速感应电机损耗分析[J]. 赵春祥,黄娜,杜光辉,宋佩利. 电子世界. 2017(04)
[3]三相鼠笼式异步电机设计[J]. 张宝文,罗玲. 橡塑技术与装备. 2016(04)
[4]13.2 MW海上超导直驱风力发电机设计[J]. 方海洋,曲荣海,唐跃进,王晋,刘迎珍,张斌,何杰,祝喆,苏路顺. 南方电网技术. 2015(12)
[5]不同排列下高温超导带材交流损耗的仿真计算[J]. 堵益高,马勇虎,沈锦飞. 低温与超导. 2013(08)
[6]高温超导材料及其应用前瞻[J]. 王岳. 材料开发与应用. 2013(02)
[7]高温超导YBCO带材的交流损耗的FEM仿真分析[J]. 李晓群,何清,金涛,周世平,李敬东,任丽,唐跃进,伍科. 低温与超导. 2012(12)
[8]直驱高温超导风力发电机[J]. 姜茜. 东方电机. 2012(06)
[9]高温超导（HTS）同步电机的进展[J]. 陈婷,戴庆忠. 东方电机. 2011(03)
[10]超导磁场绕组旋转电机进展状况[J]. 张光蓉. 东方电机. 2010(06)
博士论文
[1]高温超导材料交流损耗测试方法及应用研究[D]. 刘勇.兰州大学 2017
[2]超导材料及其电磁结构中若干电—磁—力基本特性的定量研究[D]. 夏劲.兰州大学 2016
[3]超导材料的临界性能、交流损耗以及力学特性的理论研究[D]. 何安.兰州大学 2016
[4]高温超导线圈稳定性研究[D]. 赖凌峰.清华大学 2015
[5]高温超导旋转磁场电动式磁悬浮的研究[D]. 李硕.北京交通大学 2015
[6]高温超导海上风力发电机励磁绕组设计[D]. 何杰.华中科技大学 2015
[7]永磁同步电机高温超导电枢绕组的研究[D]. 曹继伟.哈尔滨工业大学 2014
[8]复合磁悬浮的高温超导直线同步电动机[D]. 郑陆海.电子科技大学 2011
[9]复合笼条转子感应电动机内电磁与传热特性的研究[D]. 曹君慈.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]高温超导带材交流损耗的理论分析与实验测量[D]. 贾晨曦.北京交通大学 2016
[2]高温超导带材特性分析与应用研究[D]. 苏路顺.华中科技大学 2015
[3]机械应变及并联下的高温超导带材临界电流研究[D]. 易培文.西南交通大学 2015
[4]电动汽车用高功率密度异步电机的电磁设计研究[D]. 赵玉双.天津大学 2014
[5]380V超导电抗器的研发[D]. 董洪达.华中科技大学 2014
[6]基于磁路法的高温超导带材临界电流连续检测系统[D]. 邹圣楠.清华大学 2013
[7]高温超导带材在10kV电阻型超导限流器中的交流损耗研究[D]. 应立.上海交通大学 2013
[8]高温超导体的交流损耗研究[D]. 李晓群.华中科技大学 2013
[9]高温超导电缆交流损耗热测法研究[D]. 赵丽娜.北京交通大学 2012
[10]高温超导线圈交流损耗的分析与研究[D]. 赵颖.北京交通大学 2011
本文编号：3033608
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 高温超导电机低温保持系统的研究现状
1.2.1 国外低温保持系统的研究现状
1.2.2 国内低温保持系统的研究现状
1.3 高温超导电机的研究现状
1.3.1 国外高温超导电机的研究现状
1.3.2 国内高温超导电机的研究现状
1.4 本文的主要研究内容
2 高温超导感应电机LR电路模型分析与计算
2.1 高温超导带材的电磁特性
2.1.1 高温超导体等效电阻率
2.1.2 高温超导体的磁场透入
2.1.3 高温超导体的电流分布
2.2 高温超导感应电机LR电路模型
2.2.1 转子超导型高温超导感应电机LR电路模型
2.2.2 电枢超导型高温超导感应电机LR电路模型
2.2.3 全超导型高温超导感应电机LR电路模型
2.3 本章小结
3 电枢结构参数对电枢超导型高温超导感应电机性能的影响
3.1 高温超导材料临界电流各向异性
3.2 超导电机定子槽内漏磁场的特性分析
3.3 电枢结构参数对槽内超导线圈表面磁场的影响规律
3.3.1 超导线圈位置对线圈表面磁场的影响
3.3.2 开口矩形槽尺寸对线圈表面磁场的影响
3.3.3 传输电流和匝数对线圈表面磁场的影响
3.4 本章小结
4 电枢超导型高温超导感应电机超导绕组交流损耗研究
4.1 高温超导材料的交流损耗模型
4.1.1 高温超导材料自场下的交流损耗
4.1.2 高温超导材料垂直交变外磁场下交流损耗
4.1.3 高温超导材料平行交变外磁场下交流损耗
4.2 高温超导线圈交流损耗特性分析
4.2.1 高温超导线圈的结构
4.2.2 高温超导线圈的载流特性
4.2.3 高温超导线圈的交流损耗模型
4.2.4 高温超导线圈的交流损耗数值计算
4.3 减小高温超导电机超导绕组交流损耗的方法
4.4 本章小结
5 电枢超导型高温超导感应电机设计
5.1 电枢超导型高温超导感应电机提出
5.2 电枢超导型高温超导感应电机的结构
5.3 电枢超导型高温超导感应电机电磁设计
5.3.1 定子结构设计
5.3.2 转子结构设计
5.3.3 超导感应电机电磁设计
5.4 电枢超导型高温超导感应电机运行性能分析
5.5 本章小结
6 电枢超导型高温超导感应电机的制作与绕组实验研究
6.1 电机各部件的制作
6.1.1 定子制作
6.1.2 转子制作
6.1.3 超导线圈制作
6.1.4 低温保持系统制作
6.2 高温超导磁体性能测试
6.2.1 高温超导带材和线圈临界电流的测试
6.2.2 高温超导带材和线圈交流损耗的测试
6.3 本章小结
7 电枢超导型高温超导感应电机的电磁结构优化
7.1 定子有铁芯结构优化
7.2 定子无铁芯结构优化
7.3 本章小结
8 结论与展望
8.1 全文结论
8.2 展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]对玻璃钢低温容器发展前景的研究[J]. 刘彦章. 科技风. 2017(05)
[2]变频调速感应电机损耗分析[J]. 赵春祥,黄娜,杜光辉,宋佩利. 电子世界. 2017(04)
[3]三相鼠笼式异步电机设计[J]. 张宝文,罗玲. 橡塑技术与装备. 2016(04)
[4]13.2 MW海上超导直驱风力发电机设计[J]. 方海洋,曲荣海,唐跃进,王晋,刘迎珍,张斌,何杰,祝喆,苏路顺. 南方电网技术. 2015(12)
[5]不同排列下高温超导带材交流损耗的仿真计算[J]. 堵益高,马勇虎,沈锦飞. 低温与超导. 2013(08)
[6]高温超导材料及其应用前瞻[J]. 王岳. 材料开发与应用. 2013(02)
[7]高温超导YBCO带材的交流损耗的FEM仿真分析[J]. 李晓群,何清,金涛,周世平,李敬东,任丽,唐跃进,伍科. 低温与超导. 2012(12)
[8]直驱高温超导风力发电机[J]. 姜茜. 东方电机. 2012(06)
[9]高温超导（HTS）同步电机的进展[J]. 陈婷,戴庆忠. 东方电机. 2011(03)
[10]超导磁场绕组旋转电机进展状况[J]. 张光蓉. 东方电机. 2010(06)
博士论文
[1]高温超导材料交流损耗测试方法及应用研究[D]. 刘勇.兰州大学 2017
[2]超导材料及其电磁结构中若干电—磁—力基本特性的定量研究[D]. 夏劲.兰州大学 2016
[3]超导材料的临界性能、交流损耗以及力学特性的理论研究[D]. 何安.兰州大学 2016
[4]高温超导线圈稳定性研究[D]. 赖凌峰.清华大学 2015
[5]高温超导旋转磁场电动式磁悬浮的研究[D]. 李硕.北京交通大学 2015
[6]高温超导海上风力发电机励磁绕组设计[D]. 何杰.华中科技大学 2015
[7]永磁同步电机高温超导电枢绕组的研究[D]. 曹继伟.哈尔滨工业大学 2014
[8]复合磁悬浮的高温超导直线同步电动机[D]. 郑陆海.电子科技大学 2011
[9]复合笼条转子感应电动机内电磁与传热特性的研究[D]. 曹君慈.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]高温超导带材交流损耗的理论分析与实验测量[D]. 贾晨曦.北京交通大学 2016
[2]高温超导带材特性分析与应用研究[D]. 苏路顺.华中科技大学 2015
[3]机械应变及并联下的高温超导带材临界电流研究[D]. 易培文.西南交通大学 2015
[4]电动汽车用高功率密度异步电机的电磁设计研究[D]. 赵玉双.天津大学 2014
[5]380V超导电抗器的研发[D]. 董洪达.华中科技大学 2014
[6]基于磁路法的高温超导带材临界电流连续检测系统[D]. 邹圣楠.清华大学 2013
[7]高温超导带材在10kV电阻型超导限流器中的交流损耗研究[D]. 应立.上海交通大学 2013
[8]高温超导体的交流损耗研究[D]. 李晓群.华中科技大学 2013
[9]高温超导电缆交流损耗热测法研究[D]. 赵丽娜.北京交通大学 2012
[10]高温超导线圈交流损耗的分析与研究[D]. 赵颖.北京交通大学 2011
本文编号：3033608
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3033608.html
