高温超导直线感应电机电磁分析

摘要

直线感应电机以其结构简单，直接驱动而无需中间传动转换装置在工业生产领域有着较为广泛的应用。随着直线感应电机研究的深入，其在轨道交通领域更是有着广阔的应用前景。另外，近几年超导技术有了很大的发展，Bi系列高温超导带材的制作工艺以及性能都得到很好的改善，这使得将超导技术应用于直线感应电机成为可能。本文设计了一种新型的用于轨道交通的高温超导直线感应电机，并对其电磁特性等进行研究和分析。
　　 本文首先介绍了用于轨道交通的直线感应电机研究现状，并结合高温超导带材的优势阐述了将超导技术与直线电机技术相结合的可行性。介绍了高温超导直线感应电机的原理及特点。根据常规铜绕组直线感应电机设计理论公式，并结合高温超导带材的特点及冷却系统的要求，完成对高温超导直线感应电机的结构设计并获得其结构参数。介绍了Bi-2223/Ag双饼跑道型超导绕组、杜瓦、铁芯等绕制及制作工艺，通过测试验证了绕组性能的稳定性以及杜瓦设计的可靠性。介绍了高温超导直线感应电机组装的注意事项。
　　 其次，通过ANSOFT有限元分析软件对所设计的电机模型进行2D电磁仿真，具体分析了电磁参数以及结构参数的变化，对高温超导直线感应电机的电磁特性以及对超导绕组最大垂直场影响。结合超导绕组临界电流与背景场的关系曲线，得到不同电磁参数以及结构参数下超导电机的最大通电电流。搭建了高温超导直线感应电机实验平台，完成铜绕组样机以及高温超导线圈绕组电机的负载试验。将测试结果与仿真结果相比较，表明有限元计算在直线感应电机设计过程的可靠性。
　　 最终，提出一种HTS LIM结构模型的优化设计方案，通过研究电机初级槽宽、槽高、齿宽、轭高等关键结构参数的变化对电机电磁性能及HTS绕组最大垂直场的影响，得到一种铁芯与杜瓦分离的分离冷却型HTS LIM结构模型，实现HTS LIM的节能优化设计。