超導直線同步驅(qū)動技術研究.pdf

1、直線驅(qū)動技術具有廣泛的應用前景。目前，直線電機驅(qū)動系統(tǒng)面臨的一個主要難題就是效率問題，主要歸結(jié)于兩個方面的原因，一是常規(guī)銅材料構(gòu)成的線圈在大電流下產(chǎn)生的歐姆熱損耗;二是常規(guī)（線圈）磁體產(chǎn)生電磁場的有效利用問題。而超導材料以及超導應用技術的研究和發(fā)展為解決此類問題帶來了曙光。首先，超導材料的強載流能力（比銅導線高2～3個數(shù)量級以上）可以輕易產(chǎn)生常規(guī)磁體難以達到的高場強，從而大幅提高動子電樞受到的電磁推力，而且可以降低整套系統(tǒng)的體積和重量;

2、其次，超導材料的零電阻特性又可以有效降低在大電流情況下的歐姆熱損耗。因此，超導技術與直線電機技術的結(jié)合必將對直線驅(qū)動技術的研究和發(fā)展帶來新的動力。
　　論文首先對直流型和脈沖電流型這兩種超導直線同步驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理進行了理論分析。在對超導直線驅(qū)動系統(tǒng)工作原理的理論分析基礎上，論文完成了直流型超導直線同步驅(qū)動系統(tǒng)的設計研究。利用PSIM、QuartusⅡ、Ansoft（Maxwell與Simplorer）等軟件對電路部分、測控部分

3、以及電樞的運動過程分別進行了功能仿真與分析，仿真結(jié)果表明設計結(jié)果符合預期，驗證了系統(tǒng)設計的可行性。根據(jù)系統(tǒng)的設計結(jié)果，選擇適當?shù)母鞣窒到y(tǒng)所需的硬件組成，構(gòu)建了由兩級超導定子線圈構(gòu)成的直流型低溫超導直線驅(qū)動系統(tǒng)。通過實驗數(shù)據(jù)以及實驗數(shù)據(jù)與理論設計值之間的比較，說明了設計的正確性以及利用超導技術實現(xiàn)直線驅(qū)動技術的可行性。
　　同時，論文對脈沖電流型超導直線驅(qū)動系統(tǒng)的各部分組成進行了分析與仿真計算，仿真結(jié)果表明脈沖型超導直線驅(qū)動系統(tǒng)的設

4、計主要在于如何實現(xiàn)超導定子線圈的電流波形以及定子線圈與電樞之間的互感梯度這兩個因素的最佳匹配關系，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳運行性能。系統(tǒng)運行參數(shù)的改變，可以實現(xiàn)不同的直線驅(qū)動功能。比如不同的觸發(fā)位置，即可以實現(xiàn)不同步長的步進功能，又可以實現(xiàn)不同運行速度的直線加速功能。
　　由于脈沖電流型超導直線驅(qū)動系統(tǒng)在工作過程中，超導定子線圈將承受短暫的脈沖大電流沖擊，而且此電流值一般都會高于超導線圈的臨界電流值。超導定子線圈在承受此類過電流脈沖沖擊

5、情況下是否仍能正常工作（不被損壞）關系到脈沖型超導直線驅(qū)動系統(tǒng)的安全可靠性。因此論文最后對超導線圈在過電流情況下的工作安全性能進行了研究。通過實驗可以看出，高溫超導帶材繞制而成的超導線圈，雖然其臨界電流小于實驗中所需承受的脈沖電流峰值，但是超導線圈可以承受約為其臨界電流6倍的脈沖電流沖擊而不遭到損壞，并且在超過臨界電流的脈沖電流沖擊下其失超區(qū)域能夠快速恢復至超導狀態(tài)。高溫超導線圈的過電流沖擊能力體現(xiàn)了脈沖型高溫超導直線驅(qū)動技術的可行性。