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超导发电机励磁磁场的三维有限元计算研究

作　者: 宋美红
导　师: 刘明基
学　校: 华北电力大学
专　业: 电机与电器
关键词: 超导发电机励磁磁场三维有限元法磁密分布空载电动势波形
分类号: TM37
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

超导发电机具有节材及高效运行的优势,而其结构与励磁绕组的电磁设计直接决定了电机的体积、重量、性能及成本,因此对超导发电机的电磁设计理论及励磁绕组的结构优化进行了深入研究具有重要意义。本文首先建立了超导发电机三维有限元模型。通过改变励磁绕组跑道数及各跑道匝数,对励磁绕组的磁动势波形进行了优化；通过改变超导体材料、励磁绕组弯曲半径及磁屏蔽厚度的大小,对空间磁密的波形进行了优化,同时对超导励磁绕组附近的磁场尤其是影响超导材料失超性能的垂直磁场进行了分析研究,确定了合理的超导发电机励磁绕组结构和超导材料。最后采用二维时步有限元方法计算了优化后的超导发电机空载电动势波形并对其进行了谐波分析。通过研究得出超导发电机励磁绕组弯曲半径和磁屏蔽厚度分别为38mm和50mm,励磁绕组结构采用四跑道时,模型最为合理。进一步计算了该模型的空载电动势波形,并进行谐波分析,结果满足设计要求

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题的背景和意义  9-10
  1.2 超导材料简介  10-14
    1.2.1 超导材料的分类  10-11
    1.2.2 超导材料的特性  11-13
    1.2.3 超导材料的临界值  13-14
    1.2.4 高温超导材料的国内外发展现状  14
  1.3 超导电机的国内外研究动态  14-16
  1.4 超导电机电磁设计的关键技术问题  16-17
  1.5 论文的主要研究内容  17-18
第2章超导发电机电磁设计的有限元建模  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 超导发电机的基本结构和电气理论问题  18-20
    2.2.1 超导发电机的基本结构  18-19
    2.2.2 超导发电机的电气理论  19-20
  2.3 超导发电机励磁绕组的有限元结构图  20-21
  2.4 超导发电机三维有限元计算分析方法  21-25
    2.4.1 超导发电机三维有限元计算数学模型  21-22
    2.4.2 铁磁材料的饱和非线性处理  22-24
    2.4.3 有限元方法转子运动问题的处理  24
    2.4.4 超导发电机的有限元计算流程  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章超导发电机励磁磁动势的优化  26-35
  3.1 引言  26
  3.2 不同绕组分布形式励磁磁动势理论分析  26-30
  3.3 遗传算法过程和优化结果  30-33
    3.3.1 遗传算法概述  30
    3.3.2 遗传算法过程  30-31
    3.3.3 优化结果和超导发电机初步模型  31-33
  3.4 本章小结  33-35
第4章超导发电机励磁磁场的空间磁密分析  35-57
  4.1 引言  35
  4.2 超导发电机励磁磁场的三维磁密分布  35-36
  4.3 超导发电机励磁磁场的二维磁密分析  36-42
  4.4 影响超导发电机磁密的因素  42-52
    4.4.1 不同超导材料性能对磁密的影响  43-45
    4.4.2 励磁绕组不同弯曲半径对磁密的影响  45-50
    4.4.3 不同磁屏蔽厚度对磁密的影响  50-52
  4.5 垂直于超导材料的磁场分析  52-54
  4.6 超导发电机模型尺寸  54-55
  4.7 本章小结  55-57
第5章超导发电机空载电动势的有限元计算  57-65
  5.1 引言  57
  5.2 超导同步电机空载感应电势的分析计算  57-63
    5.2.1 磁屏蔽厚度为30mm时空载感应电势波形  58-60
    5.2.2 磁屏蔽厚度为50mm时空载感应电势波形  60-63
  5.3 本章小结  63-65
第6章总结与展望  65-67
  6.1 总结  65
  6.2 展望  65-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71-72
致谢  72

超导发电机励磁磁场的三维有限元计算研究

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