超導(dǎo)感應(yīng)電機的研究.pdf

1、目前，國內(nèi)外超導(dǎo)電機的研究主要集中在以下幾個方面：超導(dǎo)單極直流電機、半超導(dǎo)同步電機和應(yīng)用超導(dǎo)塊材的超導(dǎo)特種電機。尤其是半超導(dǎo)同步電機的研究是目前超導(dǎo)電機的研究主流。主要原因是同步電機激磁由轉(zhuǎn)子直流勵磁繞組提供，用超導(dǎo)替代常導(dǎo)制造直流勵磁繞組可以實現(xiàn)很高的磁密，從而電機可以不用鐵心，使電機體積、重量大幅度降低。而感應(yīng)電機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)電機中的鐵心。但超導(dǎo)感應(yīng)電機具有自身的優(yōu)點，如不需旋轉(zhuǎn)引流機構(gòu)、

2、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、起動方便，起動后又能達到同步速、效率高，一旦超導(dǎo)交流損耗問題得到突破，可進一步減小電機體積，提高功率密度。目前關(guān)于超導(dǎo)感應(yīng)電機方面的研究還很少，希望本文能夠為其進一步發(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，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。采用了三種不同的方法對其進行分析，并和原普通感應(yīng)電機進行對比。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)電機空載起動和施加負載后的穩(wěn)定運行過程，然后，分別計算了超導(dǎo)感應(yīng)電機和原普通感應(yīng)電機在額定狀態(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)電機的功率密度比原感應(yīng)電機比提高約10％。第二種方法是等效電路法：由于超導(dǎo)感應(yīng)電機與傳統(tǒng)感應(yīng)電機結(jié)構(gòu)和原理相同，所以傳統(tǒng)感應(yīng)電機的等效電路法也適用于超導(dǎo)感應(yīng)電機，不同的是，超導(dǎo)感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子電阻隨運行狀態(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，即通過非線性等效電路模型分析超導(dǎo)感應(yīng)電機性能。通過這種方法，本文研究了超導(dǎo)感應(yīng)電機的穩(wěn)態(tài)特性，計算了最大同步轉(zhuǎn)矩和最小起動電壓，結(jié)果表明，超導(dǎo)感應(yīng)電機相對普通感應(yīng)電機，具有更大的起動轉(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)電機的數(shù)學(xué)模型，利用Simulink工具對其暫態(tài)過程進行仿真。 針對上述超導(dǎo)感應(yīng)電機，本文提出了一些優(yōu)化方案。如果縮小定子內(nèi)徑，同時增加定

5、子槽面積和每槽導(dǎo)體數(shù)，可進一步提高功率密度，將每槽導(dǎo)體數(shù)由原來的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)子斜槽來消除交流分量。最后，比較了YBCO超導(dǎo)感應(yīng)電機和BSCCO超導(dǎo)感應(yīng)電機，計算結(jié)果表明YBCO超導(dǎo)感應(yīng)電機性能更優(yōu)越。 雖然，本文的一些分析過程還是有些粗略的，不能向傳統(tǒng)電機那樣精確地設(shè)計和分析電機，比如等效電路分析過程中有許多假設(shè)等。這有很多原因，比如超導(dǎo)材料的特性比較復(fù)