高温超导磁阻电动机的理论研究与样机设计

高温超导（High Temperature Superconductor,HTS）磁阴电动机与传统磁阴电动机相比，能够以更小的体积和重量实现更大的输出功率、更高的功率因数和效率.国外有关超导磁阻电动机的研究目前还处于初级阶段，国内在这一领域更为滞后.论文以普通磁阻电动机的电磁关系为基础，结合超导材料特殊的电磁特性，初步提出了超导磁阻电动机电磁设计的一般原则;并尝试进行了一台额定功率为150W的内反应式HTS磁阻电动机的电磁设计.论文以实际设计的一台内反应式HTS磁阻电动机样机作为分析实例，基于第二类超导体临界态Kim模型和电磁场的有限元方法，提出了一般HTS磁阻电动机的内部磁场及交、直轴同步电抗的分析与计算方法.并在此基础上进一步研究了如何借助HTS磁阻电动机的电抗曲线分析HTS磁阻电动机的稳态工作特性.论文对常规磁阻电动机与HTS磁阻电动机进行了比较.计算结果表明，在电机尺寸、结构不变的前提下，超导磁阻电动机比常规磁阻电动机明显地提高了电机X/X值，因而以更小的尺寸获得了更大的输出转矩、更高的效率和功率因数，同时电机的稳定运行区间也有所增大.计算结果还表明，采用抗磁性更强的YBCO块材作为交轴阻磁介质，能够保证转子在获得较大的直、交轴磁阻差异的同时不必牺牲较大的极孤系数和气隙宽度，从而气隙磁密有较好的波形，电机具有较好的同步性能.论文也对几种具有相同定子但转子结构不同的HTS磁阻电动机做了比较，比较结果显示，ALA式HTS磁阻电动机比内反应式HTS磁阻电动机具有更大的输出转矩;当输出功率较大时，ALA结构的HTS磁阻电动机还比内反应结构具有更好的稳态工作特性.另外发现，thin-zebra ALA式HTS磁阻电动机的同步性能比thick-zebra ALA式HTS磁阻电动机更好.在进行内反应式HTS磁阻电动机的设计时，内反应槽既要尽量阻隔交轴磁通，又要分布的比较均匀，这样才能既获得足够的直、交轴同步电抗比，又削弱转矩脉动，从而最终改善电机的同步性能.

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