磁耦合感应式超导磁体非接触供电仿真模拟与基础实验

论文摘要

目前,超导磁体的供电方法主要采用外加驱动电源的接触供电方式。由于接触供电电路需要经历从室温到超导低温的温度变化,电流引线等引起的漏热和损耗将降低低温系统的效率,容易诱发超导磁体的失超,造成不可逆的损坏。而最为理想的非接触式供电方法在低温环境下的应用研究还不够充分。在此背景下本论文提出了一种经过电路理论分析与优化设计的高温超导磁体非接触补偿供电系统。该方法结合了非接触电能传输耦合器和低温整流器的结构设计,替代传统供电系统中需要经历从大气环境到液氮温度变化的电流引线,为高温超导磁体补偿供电。考虑高温超导磁体与一般供电负载的区别,本论文对比分析了两种不同的非接触耦合器电路拓扑结构,从两种结构的不同电气特性对比结果中,选择出更适用于小负载电阻、大负载电流,且更适用于低温液氮环境的电路拓扑结构。并基于建立的等效电路模型详细分析了电路充电特性以及各参数变化对系统带来的影响,提出系统设计思路。低温环境下的整流电路对于本论文中提出的系统尤为重要。为了探究在液氮温度下的工作能力,设计合理的整流电路,本论文对市面上不同厂商生产的不同型号的高速整流二极管进行了低温测试实验,从中选拔出性能最优的一类,用于组成液氮温度下工作的整流器,结合非接触耦合器部分,并基于优化算法设计各项电路参数,完成了整个非接触供电系统的方案设计。此外,本论文还基于设计方案制作了实验样机,并在液氮环境下进行了基础实验,验证了该系统的可行性。在实验中,非接触耦合器两侧的气隙范围为30 mm到100mm,为以后的研究预留出足够的空间来设计高温超导磁体的冷却系统。该供电系统在非接触电能传输技术和高速二极管组成的低温整流器的共同作用下,成功为高温超导磁体充电,最高充电电流达到37 A,实验结果和理论计算结果一致性良好,为进一步改善系统的性能提供了理论工具和基础实验条件。

论文目录

摘要

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第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 文章结构安排

第2章非接触能量传输耦合器设计

2.1 耦合器电路结构设计目标

2.2 两种耦合器的电路拓扑结构建立

2.2.1 双边电容补偿电路结构

2.2.2 单边电容补偿电路结构

2.3 两种耦合器输出特性对比分析

2.3.1 输出电流对比

2.3.2 电流放大系数对比

2.3.3 输出功率对比

2.3.4 能量传输效率对比

2.4 适用于超导磁体的非接触耦合器电路结构

2.5 小结

第3章液氮温度下整流电路设计与实验

3.1 整流二极管选型

3.2 全桥整流电路交流等效负载

3.3 小结

第4章高温超导磁体非接触供电系统参数优化

4.1 高温超导磁体非接触供电系统优化目标

4.2 超导磁体非接触供电系统优化方案

4.2.1 基于电路特性的参数优化

4.2.2 基于智能优化算法的运行条件优化

4.3 系统参数优化结果

4.4 小结

第5章高温超导磁体非接触供电系统实验

5.1 高温超导磁体参数

5.2 高温超导磁体非接触供电系统基础实验

5.3 实验结果与分析

5.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文及科研成果

1.发表论文

2.专利受理

3.科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 钱航宇

导师: 马光同

关键词: 非接触电能传输,高温超导磁体,等效电路拓扑,智能优化算法,低温电力电子

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,材料科学,电力工业,电力工业

单位: 西南交通大学

基金: 国家自然科学基金(51722706,51475389),四川省杰出青年基金(2016JQ0003)

分类号: TM26;TM724

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.002510

总页数: 64

文件大小: 13050K

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