全超电机的设计与分析.doc

全超电机的设计与分析

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摘要 高温超导电机是近几年电机发展的热点方向之一，具有广阔的应用前景。本文提出了一种新型全超电机，它结合永磁式磁通切换电机和高温超导材料的优点，具备优异的性能。首先，全超电机将超导电枢绕组和超导励磁绕组安装在定子上，这样该全超电机只需要一套冷却系统，解决了一般高温全超电机需要两套冷却系统的弊端。同时，这些固定的超导绕组避开了旋转的冷却系统，从而冷却系统的成本被大大降低；其次，该全超电机基于磁通切换原理而工作，所以具备对称的正弦反电动势，而且该全超电机转子有结构简单和高机械鲁棒性的优点；最后，该全超电机采用高温超导材料的绕组，所以有很大的载流能力，能够产生更高的磁场，具备很高的功率密度。
通过有限元分析(FEA)对全超电机的电磁性能包括磁通、反电动势和转矩等进行分析，并对比理论分析和有限元结果。最后对各项分析进行总结，得到全超电机设计的合理性。
关键词：高温超导电机 全超电机 磁通切换 有限元分析(FEA)


Design and Analysis of a Fully HTS Motor
Abstract HTS motor is one of the hot directions of motor development in recent years and has a development prospect very much. In this paper, a new fully HTS motor combines the advantages of permanent magnet flux switching motor with high temperature superconducting material, has been proposed. Firstly, the fully HTS motor reference to the structure of the permanent magnet magnetic flux switching machine install the armature winding and field winding on the stator, such only need a whole super motor cooling system, solved the general high temperature superconducting motor need the disadvantages of the two sets of cooling system, these fixed winding avoids the rotating cooling system, and the cost of the cooling system is greatly reduced. Secondly, the fully HTS motor and on the basis of the principle of magnetic flux switching work, so have symmetrical sinusoidal back EMF, and the proposed motor provides the advantages of simple rotor conguration and high mechanical robustness. Finally, the winding of the fully HTS motor using high temperature superconducting materials, so there are a lot of current-carrying capacity, higher magnetic field can produce, and have very high power density.
On the motor of the electromagnetic performance analysis including magnetic flux, back EMF and torque, etc. all of these theoretical analysis and efficiency analysis is proved by finite element analysis (FEA). Finally, the analysis concluded that to get the rationality of the proposed motor design.
Key words: high temperature superconducting motor, a fully HTS motor, magnetic flux switching, finite element analysis (FEA)


目 录
第一章 绪论 1
1.1 高温超导电机的研究背景 1
1.2 高温超导电机的发展现状 2
1.2.1 国外的发展现状 2
1.2.2 国内的发展现状 4
1.3 研究的目标及意义 4
1.4 本文的主要研究内容 5
第二章 高温超导材料 7
2.1 高温超导材料的发展历史 7
2.2 超导材料的特性 8
2.3 超导材料的分类 8
2.4 高温超导材料的应用 9
2.4.1 高温超导电缆 9
2.4.2 高温超导电机 10
2.4.3 其他应用 10
第三章 新型全超电机的结构 12
3.1 开关磁阻电机 13
3.1.1 两种不同激励的电动机 13
3.1.2 开关磁阻电机的结构 13
3.1.3 开关磁阻电机工作原理 15
3.1.4 开关磁阻电机的结构优点 16
3.2 磁通切换型永磁电机 16
3.2.1 永磁式磁通切换电机的结构 17
3.2.2 磁通切换原理 18
3.2.3 永磁式磁通切换电机的特点 18
3.3 全超电机的结构 19
3.4 全超电机的工作原理 22
3.4.1 全超电机的励磁方向 22
3.4.2 全超电机的磁通路径 23
3.4.3 全超电机的工作过程 24
第四章 仿真与分析 26
4.1 空载磁场分析 26
4.2 电机的磁通密度分布 27
4.3 电机的铁损 29
4.4 电机的磁链和反电动势 30
4.5 电机的转矩特性及绕组的电磁力 31
第五章 总结和展望 34
5.1 全文总结 34
5.2 展望 35
致谢 36
参考文献 37