高温超导电枢绕组交流损耗的基础研究

摘要

高温超导材料作为一种新型的电工材料，在很多领域已经得到了应用。超导材料虽然能够无损耗地传输直流电流，但在传输交流电流或处于交变磁场下时会产生交流损耗，因而一定程度上制约了超导材料的应用。近年来，高温超导技术应用到电机领域已经成为一个重要的研究方向。不同于传统超导电机将超导绕组作为励磁线圈，本文研究的超导电机采用了超导电枢绕组的新型结构，此时超导材料不但通入交流电流而且还工作在交变磁场下。因此，研究交流损耗对电机整体的设计有着重要的意义。
　　本文首先阐述了高温超导材料产生交流损耗的机制，并对交流损耗进行了分类。介绍了几种不同工作条件下交流损耗的计算方法，其中包括传输损耗、交变垂直场下无传输电流时的磁化损耗、平行交变外场下传输直流电时的交流损耗和平行交变外场下传输交流电时的交流损耗。此外还介绍了一种数值计算交流损耗的方法。
　　根据带材生产中，利用加入铁磁物质来减小交流损耗的方式，我们联想到在超导电枢绕组周围采用同样的手段，来减小超导电枢绕组的交流损耗。利用有限元仿真软件建模，对引入铁磁物质前后带材宽带面上的垂直磁场分量进行了对比。
　　将高温超导带材交流损耗的解析计算方法和电机槽内磁场的有限元分析相结合，本文给出了一种新的计算超导电枢绕组交流损耗的方法。根据计算结果，得到了超导电枢绕组交流损耗的上限和下限。
　　对于交流损耗的测量，本文先介绍了几种常用的实验方法，经过对比我们选择了电磁结合的测量方法。然后对实验原理进行了分析，并对交流损耗进行测量。

目录

高温超导电枢绕组交流损耗的基础研究

BASIC RESEARCH ON AC LOSS OF HIGHTEMPERATURE SUPERCONDUCTINGARMATURE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 高温超导带材简介

1.2.1 铋系超导带材

1.2.2 第二代高温超导带材

1.2.3 两代带材的比较

1.3 超导电机的研究发展现状

1.4 课题的主要研究内容

第2章 高温超导带材的交流损耗

2.1 交流损耗产生的机制

2.2 交流损耗的计算

2.2.1 传输损耗（自场损耗）

2.2.2 交变垂直场下无传输电流时磁化损耗

2.2.3 平行交变外场下传输直流电时的交流损耗

2.2.4 平行交变外场下传输交流电时的交流损耗

2.2.5 交流损耗的各向异性

2.2.6 数值计算

2.3 YBCO 的交流损耗

2.4 减小交流损耗的措施

2.5 本章小结

第3章 高温超导线圈交流损耗的计算

3.1 计算方法概述

3.2 计算线圈的交流损耗

3.3 本章小结

第4章 交流损耗的测量原理

4.1 交流损耗常用的测量方法

4.1.1 电测法

4.1.2 磁测法

4.1.3 热测法

4.2 实验原理

4.2.1 临界电流测量原理

4.2.2 传输损耗测量原理

4.2.3 磁化损耗测量原理

4.3 本章小结

第5章 测量系统设计及实验结果分析

5.1 电磁铁设计

5.2 数据采集系统设计

5.3 临界电流测量

5.4 传输损耗测量

5.5 磁化损耗测量

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢