全超電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析

1.95萬(wàn)字
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摘要 高溫超導(dǎo)電機(jī)是近幾年電機(jī)發(fā)展的熱點(diǎn)方向之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文提出了一種新型全超電機(jī)，它結(jié)合永磁式磁通切換電機(jī)和高溫超導(dǎo)材料的優(yōu)點(diǎn)，具備優(yōu)異的性能。首先，全超電機(jī)將超導(dǎo)電樞繞組和超導(dǎo)勵(lì)磁繞組安裝在定子上，這樣該全超電機(jī)只需要一套冷卻系統(tǒng)，解決了一般高溫全超電機(jī)需要兩套冷卻系統(tǒng)的弊端。同時(shí)，這些固定的超導(dǎo)繞組避開(kāi)了旋轉(zhuǎn)的冷卻系統(tǒng)，從而冷卻系統(tǒng)的成本被大大降低；其次，該全超電機(jī)基于磁通切換原理而工作，所以具備對(duì)稱的正弦反電動(dòng)勢(shì)，而且該全超電機(jī)轉(zhuǎn)子有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和高機(jī)械魯棒性的優(yōu)點(diǎn)；最后，該全超電機(jī)采用高溫超導(dǎo)材料的繞組，所以有很大的載流能力，能夠產(chǎn)生更高的磁場(chǎng)，具備很高的功率密度。
通過(guò)有限元分析(FEA)對(duì)全超電機(jī)的電磁性能包括磁通、反電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行分析，并對(duì)比理論分析和有限元結(jié)果。最后對(duì)各項(xiàng)分析進(jìn)行總結(jié)，得到全超電機(jī)設(shè)計(jì)的合理性。
關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)電機(jī) 全超電機(jī) 磁通切換 有限元分析(FEA)


Design and Analysis of a Fully HTS Motor
Abstract HTS motor is one of the hot directions of motor development in recent years and has a development prospect very much. In this paper, a new fully HTS motor combines the advantages of permanent magnet flux switching motor with high temperature superconducting material, has been proposed. Firstly, the fully HTS motor reference to the structure of the permanent magnet magnetic flux switching machine install the armature winding and field winding on the stator, such only need a whole super motor cooling system, solved the general high temperature superconducting motor need the disadvantages of the two sets of cooling system, these fixed winding avoids the rotating cooling system, and the cost of the cooling system is greatly reduced. Secondly, the fully HTS motor and on the basis of the principle of magnetic flux switching work, so have symmetrical sinusoidal back EMF, and the proposed motor provides the advantages of simple rotor conguration and high mechanical robustness. Finally, the winding of the fully HTS motor using high temperature superconducting materials, so there are a lot of current-carrying capacity, higher magnetic field can produce, and have very high power density.
On the motor of the electromagnetic performance analysis including magnetic flux, back EMF and torque, etc. all of these theoretical analysis and efficiency analysis is proved by finite element analysis (FEA). Finally, the analysis concluded that to get the rationality of the proposed motor design.
Key words: high temperature superconducting motor, a fully HTS motor, magnetic flux switching, finite element analysis (FEA)


目 錄
第一章 緒論 1
1.1 高溫超導(dǎo)電機(jī)的研究背景 1
1.2 高溫超導(dǎo)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.1 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3 研究的目標(biāo)及意義 4
1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 5
第二章 高溫超導(dǎo)材料 7
2.1 高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展歷史 7
2.2 超導(dǎo)材料的特性 8
2.3 超導(dǎo)材料的分類 8
2.4 高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用 9
2.4.1 高溫超導(dǎo)電纜 9
2.4.2 高溫超導(dǎo)電機(jī) 10
2.4.3 其他應(yīng)用 10
第三章 新型全超電機(jī)的結(jié)構(gòu) 12
3.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 13
3.1.1 兩種不同激勵(lì)的電動(dòng)機(jī) 13
3.1.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu) 13
3.1.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作原理 15
3.1.4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn) 16
3.2 磁通切換型永磁電機(jī) 16
3.2.1 永磁式磁通切換電機(jī)的結(jié)構(gòu) 17
3.2.2 磁通切換原理 18
3.2.3 永磁式磁通切換電機(jī)的特點(diǎn) 18
3.3 全超電機(jī)的結(jié)構(gòu) 19
3.4 全超電機(jī)的工作原理 22
3.4.1 全超電機(jī)的勵(lì)磁方向 22
3.4.2 全超電機(jī)的磁通路徑 23
3.4.3 全超電機(jī)的工作過(guò)程 24
第四章 仿真與分析 26
4.1 空載磁場(chǎng)分析 26
4.2 電機(jī)的磁通密度分布 27
4.3 電機(jī)的鐵損 29
4.4 電機(jī)的磁鏈和反電動(dòng)勢(shì) 30
4.5 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性及繞組的電磁力 31
第五章 總結(jié)和展望 34
5.1 全文總結(jié) 34
5.2 展望 35
致謝 36
參考文獻(xiàn) 37