高温超导与常导混合EMS悬浮车的设计与仿真

论文摘要

磁浮列车作为一种新型的非接触式地面轨道交通运输工具,已经在工程实践中得到了成功的应用。与常导电磁悬浮系统相比,高温超导混合悬浮系统在降低能耗、增大悬浮气隙及节约成本方面具有很大的优势,已逐渐开始被国内外学者所关注研究。本文即是在此背景下,在211工程第三期项目基金的资助下,开展高温超导与常导混合EMS悬浮模型车的设计。本文主要设计并制作了高温超导混合EMS悬浮模型车,包括车体系统,轨道系统,高温超导混合磁铁,杜瓦罐,储液杜瓦罐等。论文首先以路的计算方法确定了高温超导混合磁铁的部分参数,再运用ANSYS电磁仿真分析比较,确定了高温超导混合磁铁的形状、铁芯材料,超导线圈工作电流,悬浮气隙大小以及常导线圈的位置,并以此为基础开展了高温超导磁铁的设计。然后了进行高温超导混合悬浮车的综合设计,通过机械解耦减少了因小车刚体的耦合。轨道设计采用F型,并且用ANSYS仿真探讨了F轨的导向力。最后,分析了高温超导混合磁悬浮小车的基本原理,建立单个混合磁铁数学模型,并用利用仿真制图,验证了设计参数的正确性。通过在所制作的高温超导混合EMS悬浮模型车上的实验证明,设计的高温超导混合磁铁,在最大电源设计电流50A时,超导线圈不失超,而且能保持长时间稳定工作,测得的平衡点工作电流与仿真结果非常相近。保证了高温超导与常导混合EMS悬浮模型车悬浮实验的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 1.1 磁浮列车的发展状况
• 1.1.1 电磁吸力型EMS悬浮的悬浮原理
• 1.1.2 电磁吸力型EDS悬浮的悬浮原理
• 1.2 高温超导与常导混合EMS磁浮技术的研究意义与研究现状
• 1.2.1 EMS型混合悬浮技术方案的提出
• 1.2.2 高温超导与常导线圈组成的混合悬浮系统
• 1.3 本论文的内容及主要工作
• 第二章 超导特性和有限元软件的应用
• 2.1 超导的特性
• 2.1.1. 零电阻
• 2.1.2 迈斯纳效应
• 2.1.3 临界磁场
• 2.1.4 临界电流
• 2.1.5 超导失超
• 2.2 高温超导的应用
• 2.3 有限元ANSYS软件概述
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于ANSYS仿真的高温超导混合磁铁的参数设计
• 3.1 铁芯与极板材料的选取
• 3.2 高温超导混合磁铁形状的选取
• 3.3 高温超导线圈工作电流的选取
• 3.4 悬浮气隙高度的选取
• 3.5 常导线圈位置的选择
• 3.6 设计参数的总结
• 3.7 本章小结
• 第四章 高温超导混合磁铁的设计与仿真
• 4.1 高温超导混合磁铁的设计
• 4.1.1 高温超导混合磁铁总体结构的设计
• 4.1.2 杜瓦罐的设计
• 4.1.3 超导线圈的设计
• 4.2 混合磁铁与模型车系统的电磁仿真
• 4.2.1 设计的混合磁铁的电磁仿真
• 4.2.2 模型车总体模型的电磁仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 高温超导EMS混合悬浮车综合设计
• 5.1 车体设计
• 5.1.1 车体机械结构设计
• 5.1.2 车体解耦设计
• 5.2 传感器的选择与安装设计
• 5.3 轨道设计
• 5.3.1 轨道机械机构设计
• 5.3.2 混合磁铁在F轨道下导向力分析
• 5.4 控制器设计
• 5.5 主电路设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 高温超导EMS混合悬浮模型车的实验
• 6.1 高温超导与常导混合EMS模型车实物图
• 6.2 高温超导混合磁铁的测试实验
• 6.2.1 临界电流测试实验
• 6.2.2 高温超导磁体的持续通流性能实验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况