永磁同步電機高溫超導電樞繞組的研究.pdf

1、高溫超導電機具有高功率密度、高效率的優(yōu)勢，是高溫超導材料應用的一個重要領域，可以廣泛應用于船舶推進、風力發(fā)電、飛輪儲能等多個領域中，具有重要的學術研究價值和經濟應用前景?，F(xiàn)有的高溫超導電機多利用高溫超導線圈作為轉子的勵磁線圈，以提高電機磁負荷的方式來提高電機的功率密度，這種結構的高溫超導電機的冷卻溫度低（10K-50K），冷卻介質為液氖或冷氣氦，且冷卻成本高、冷卻結構復雜。本文針對現(xiàn)階段高溫超導電機的研究現(xiàn)狀和高溫超導線材的性能水平，提

2、出一種具有高溫超導電樞繞組的高溫超導永磁同步電機系統(tǒng)，開展其高溫超導線材及定子超導電樞繞組特性的研究，突破高溫超導線圈在復雜磁場條件下載流能力下降、超導永磁同步電機設計和制造的關鍵難點問題。
　　本文首先針對普通永磁同步電機極限輸出轉矩的理論和試驗進行分析，揭示了永磁同步電機極限功率與其電、磁負荷之間的影響關系，得到了限制永磁同步電機輸出特性的主要因素不是鐵心材料的飽和，而是由于定子電樞繞組的損耗。因此，本文提出利用高溫超導線圈代

3、替普通的銅繞組線圈作為定子電樞繞組，以提升永磁同步電機的功率密度與效率。將高溫超導線材/線圈的載流特性規(guī)律引入到傳統(tǒng)電機學理論中，通過數(shù)值解析方法得到高溫超導線圈表面磁場密度，揭示了高溫超導永磁同步電機定子電樞繞組臨界電流的影響因素，進而得到了超導電樞繞組類同步電機相似性類比方法。通過銅繞組超導永磁同步樣機的試驗和有限元仿真結果，驗證了超導電樞永磁同步電機類比方法的正確性，為高溫超導永磁同步電機的研制奠定了理論基礎。
　　針對YB

4、CO高溫超導線材在復雜變化磁場環(huán)境下的交流載流特性進行了研究。在美國Superpower公司的SCS12050超導線材性能的基礎上，建立了高溫超導線材復雜磁場條件下臨界電流測試平臺。通過此平臺分別對YBCO高溫超導線材進行了不同幅值的恒定外加磁場、不同幅值和頻率正弦磁場條件下的線材交流載流特性進行了試驗研究，通過試驗數(shù)據，揭示了高溫超導線材在復雜磁場環(huán)境中的交流載流特性規(guī)律，為高溫超導線圈的特性及高溫超導電機的研發(fā)奠定了試驗基礎。

5、>　　分析高溫超導電樞繞組永磁同步電機定子槽內的磁場分布特性，針對這種分布特性，提出了一種磁場調制方法，可以有效減小高溫超導線圈表面垂直磁場的分布，從而提高高溫超導電樞繞組的載流能力，進一步提升高溫超導永磁同步電機的功率密度。建立不同結構、不同尺寸參數(shù)的高溫超導繞組磁場調制方法的有限元模型，通過有限元軟件的分析和計算，揭示高溫超導線圈磁場調制方法的結構參數(shù)與線圈表面磁場、槽漏磁場之間的影響規(guī)律。磁場調制方法的仿真數(shù)據表明，該方法可以降低

6、高溫超導線圈表面垂直磁場4倍左右。根據分析計算的數(shù)據，研制高溫超導線圈和相應的磁場調制作用的導磁片，通過在液氮溫度（77 K）下的測量，驗證了具有磁場調制方法的超導線圈臨界電流提升了35％，在不增加額外的制冷成本和線材成本的條件下，提升了高溫超導線圈的性能。
　　研制一套等效高溫超導電機槽內磁場環(huán)境的高溫超導線圈測試系統(tǒng)，通過該測試系統(tǒng)測試了繞制的12個高溫超導線圈，測試結果表明繞制完成的高溫超導線圈在液氮溫度下（77 K）的臨界