本文關鍵詞：超導線性牽引電機的電磁特性仿真與實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電機理論、控制方法的迅速發(fā)展和材料性能的不斷提高以及高性能元器件加工能力的不斷增強,直線電機得到了迅速的發(fā)展。特別是近幾年來,由于大推力、高精度以及高速度直線驅動系統(tǒng)的需要,使直線電機較旋轉電機的優(yōu)勢更為突出,其研究也逐漸成為大家關注的焦點。與此同時,超導材料的發(fā)展也呈現日新月異的態(tài)勢,觸發(fā)了研究高溫超導直線電機的熱潮。針對永磁線性牽引電機磁場較小且具有易吸附鐵磁性物質的缺點,本文設計了以高溫超導線圈磁體為動子的線性牽引電機,并進行了相關的電磁特性研究。為研究以高溫超導線圈磁體為動子的線性牽引電機的可行性和優(yōu)越性,本文從仿真和實驗的角度出發(fā),結合高溫超導體的E-J本構關系,建立了考慮高溫超導體電阻率強非線性現象的計算方程,搭建了高溫超導線性牽引電機的有限元仿真模型以及對應的高溫超導線性牽引電機實驗及測試平臺。此外,為解決動子高溫超導線圈采用接觸供電方式而產生的問題,構建了高溫超導勵磁線圈無線充電系統(tǒng)的有限元仿真模型和相應的實驗測試裝置。對于高溫超導線性牽引電機的有限元仿真,建立了考慮高溫超導帶材強電阻率非線性現象的有限元仿真模型,研究了超導直線電機的磁場分布情況、推力隨氣隙高度變化規(guī)律以及最大帶負載能力與最大直接啟動頻率,并與永磁線性牽引電機進行了對比研究,驗證了高溫超導帶材能有效提高直線電機性能這一結論。分析了超導線性牽引電機的變頻啟動,肯定了等時-頻變頻啟動法對高溫超導線性牽引電機的有效性。對于高溫超導線性牽引電機的實驗研究,比較了不同氣隙高度下最大推力的仿真計算結果與實驗測量結果,驗證了有限元仿真模型的有效性,測試了初級繞組電壓恒定時直線電機推力隨頻率的變化關系以及恒壓頻比條件下的推力隨頻率的變化關系,肯定了恒壓頻比能實現線性牽引電機勻加速啟動的有效性以及在低頻時應適當提高電壓與頻率比值的結論,并從實驗的角度證實了以高溫超導線圈磁體為動子的線性牽引電機的可行性。對于高溫超導勵磁線圈無線充電系統(tǒng),采用有限元軟件COMSOL對多源線圈陣列的無線供電進行了研究,分析了不同陣列系統(tǒng)的電磁場分布情況以及接收電壓情況,確定了一種最佳的線圈排列方式以及線圈間距,研究表明：當源線圈呈線性陣列排布且間距合理時,即使接收端在準靜態(tài)過程中也可以實現電壓的穩(wěn)定接收,且電壓波動極小,并通過實驗的方法驗證了這一結論。
【關鍵詞】：線性牽引電機 高溫超導體 超導線圈磁體 變頻啟動 有限元仿真 無線能量傳輸
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM359.9
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及研究意義10-12
• 1.1.1 線性牽引電機的應用優(yōu)勢10
• 1.1.2 高溫超導帶材發(fā)展歷程及其制備10-11
• 1.1.3 高溫超導線性牽引電機的應用優(yōu)勢11-12
• 1.2 直線電機國內外發(fā)展及研究現狀12-14
• 1.3 本論文主要研究內容14-16
• 第2章 高溫超導線性牽引電機的設計16-25
• 2.1 線性牽引電機的分類16-17
• 2.1.1 按結構型式分類16-17
• 2.1.2 按功能用途分類17
• 2.1.3 按工作原理分類17
• 2.2 高溫超導線性牽引電機的工作原理17-18
• 2.3 高溫超導線性牽引電機的啟動方法分析18-20
• 2.3.1 異步啟動18-19
• 2.3.2 自啟動19
• 2.3.3 輔助電機啟動19
• 2.3.4 變頻啟動19-20
• 2.4 高溫超導線性牽引電機的結構設計20
• 2.5 初級結構確定20-21
• 2.6 次級超導線圈設計和氣隙高度選取21-24
• 2.6.1 次級勵磁超導線圈設計21-23
• 2.6.2 氣隙高度確定23-24
• 2.7 小結24-25
• 第3章 高溫超導線性牽引電機的仿真研究25-41
• 3.1 有限元分析軟件概述25-27
• 3.1.1 電機的分析方法介紹25
• 3.1.2 MAGNET軟件介紹25-26
• 3.1.3 高溫超導體的數值模型26
• 3.1.4 有限元的計算方法26-27
• 3.2 超導線性牽引電機的結構參數和三維模型27-29
• 3.3 堵轉仿真29-32
• 3.4 動態(tài)仿真32-37
• 3.5 高溫超導線性牽引電機變頻啟動研究37-40
• 3.6 小結40-41
• 第4章 高溫超導線性牽引電機實驗研究41-49
• 4.1 高溫超導直線電機測試實驗裝置41-45
• 4.1.1 高溫超導線性牽引電機樣機41-42
• 4.1.2 供電部分介紹42-43
• 4.1.3 測試設備43-45
• 4.2 高溫超導線性牽引電機實驗研究45-48
• 4.2.1 堵轉實驗45-48
• 4.2.2 動態(tài)特性研究48
• 4.3 小結48-49
• 第5章 高溫超導勵磁線圈的無線充電49-64
• 5.1 超導勵磁線圈的供電方案技術優(yōu)勢49
• 5.2 磁耦合諧振式無線電能傳輸方案研究49-51
• 5.2.1 無線傳能的基本原理和研究現狀49-51
• 5.3 磁耦合諧振式無線傳能實驗電路設計51-54
• 5.4 無線傳能系統(tǒng)仿真模型54-55
• 5.5 實驗結果與仿真結果驗證55-58
• 5.6 多源線圈陣列諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)實驗研究58-62
• 5.6.1 單一源線圈、單一接收線圈研究58-59
• 5.6.2 多源線圈直線陣列、單一接收線圈研究59-62
• 5.7 小結62-64
• 結論64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-72
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文及科研成果72-74

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