超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)的研究.pdf

1、目前，國(guó)內(nèi)外超導(dǎo)電機(jī)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：超導(dǎo)單極直流電機(jī)、半超導(dǎo)同步電機(jī)和應(yīng)用超導(dǎo)塊材的超導(dǎo)特種電機(jī)。尤其是半超導(dǎo)同步電機(jī)的研究是目前超導(dǎo)電機(jī)的研究主流。主要原因是同步電機(jī)激磁由轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁繞組提供，用超導(dǎo)替代常導(dǎo)制造直流勵(lì)磁繞組可以實(shí)現(xiàn)很高的磁密，從而電機(jī)可以不用鐵心，使電機(jī)體積、重量大幅度降低。而感應(yīng)電機(jī)激磁由交流電樞繞組提供，僅僅在轉(zhuǎn)子上應(yīng)用超導(dǎo)仍需保留常導(dǎo)電機(jī)中的鐵心。但超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)具有自身的優(yōu)點(diǎn)，如不需旋轉(zhuǎn)引流機(jī)構(gòu)、

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、起動(dòng)方便，起動(dòng)后又能達(dá)到同步速、效率高，一旦超導(dǎo)交流損耗問(wèn)題得到突破，可進(jìn)一步減小電機(jī)體積，提高功率密度。目前關(guān)于超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)方面的研究還很少，希望本文能夠?yàn)槠溥M(jìn)一步發(fā)展提供參考。 本文參考已經(jīng)商業(yè)化的傳統(tǒng)JS2-400M2-4型鼠籠轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)，將其轉(zhuǎn)子銅（鋁）繞組替換成Bi-2223/Ag超導(dǎo)材料，改造成了超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)。采用了三種不同的方法對(duì)其進(jìn)行分析，并和原普通感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行對(duì)比。第一種方法是有限元法：首

3、先，本文利用Ansoft公司的Maxwell有限元分析軟件仿真了超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)空載起動(dòng)和施加負(fù)載后的穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程，然后，分別計(jì)算了超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)和原普通感應(yīng)電機(jī)在額定狀態(tài)下的電磁參數(shù)和性能參數(shù)，結(jié)果表明超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)的功率密度比原感應(yīng)電機(jī)比提高約10％。第二種方法是等效電路法：由于超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)與傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)和原理相同，所以傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)的等效電路法也適用于超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)，不同的是，超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻隨運(yùn)行狀態(tài)的不同而變化，所以，要把能準(zhǔn)確

4、描述超導(dǎo)材料特性的Weibull函數(shù)和等效電路聯(lián)合起來(lái)，即通過(guò)非線性等效電路模型分析超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)性能。通過(guò)這種方法，本文研究了超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性，計(jì)算了最大同步轉(zhuǎn)矩和最小起動(dòng)電壓，結(jié)果表明，超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)相對(duì)普通感應(yīng)電機(jī)，具有更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，且效率更高。第三種方法是建立超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，利用Simulink工具對(duì)其暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真。 針對(duì)上述超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)，本文提出了一些優(yōu)化方案。如果縮小定子內(nèi)徑，同時(shí)增加定

5、子槽面積和每槽導(dǎo)體數(shù)，可進(jìn)一步提高功率密度，將每槽導(dǎo)體數(shù)由原來(lái)的12改為14后，功率密度又提高了約15％。然后，分析了轉(zhuǎn)子交流分量產(chǎn)生的原因，可以采用轉(zhuǎn)子斜槽來(lái)消除交流分量。最后，比較了YBCO超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)和BSCCO超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)，計(jì)算結(jié)果表明YBCO超導(dǎo)感應(yīng)電機(jī)性能更優(yōu)越。 雖然，本文的一些分析過(guò)程還是有些粗略的，不能向傳統(tǒng)電機(jī)那樣精確地設(shè)計(jì)和分析電機(jī)，比如等效電路分析過(guò)程中有許多假設(shè)等。這有很多原因，比如超導(dǎo)材料的特性比較復(fù)