飞轮储能用高速高温超导同步电机的研究

摘要

随着航空航天等领域的不断发展,对于独立能源的需求越来越强烈.飞轮储能装置采用高速电机作为能量转换的媒介进行电能-机械能-电能的转换,具有功率密度高、可靠等优点,正逐渐被各国研究学者所重视.但是传统的飞轮储能电机由于定子铜耗的存在,使得储能时间受到限制,而高温超导材料由于在低温条件下的无电阻效应,成为解决飞轮储能电机长时储能的一种有效方法.因此,针对这种现状,本文提出一种新型的高温超导电机系统,在继承传统高温超导电机的高效率、高功率密度的同时,更兼顾高速运行,适用于飞轮储能系统、高效率推进系统等领域.本文提出的高速高温超导电机采用超导线圈作为电机的电枢绕组,配合铜绕组共同运行,构建起双馈电机形式.其中,高温超导绕组中承载直流电流,铜绕组承担高频电流,两者以同步状态运行.本文以2kW 12000rpm高速飞轮储能电机为例,详细分析了高速高温超导电机中超导绕组表面磁场分布情况,进而以高温超导绕组的载流特性为基础,分析了该类型电机的特点.