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凝聚态物理 > 超导性

arXiv:2412.01679 (cond-mat)
[提交于 2024年12月2日 ]

标题: 脉冲磁场励磁在超导电机中优化与损耗分析,采用低温冷却铁芯

标题: Optimisation and Loss Analyses of Pulsed Field Magnetisation in a Superconducting Motor with Cryocooled Iron Cores

Authors:Qi Wang, Luning Hao, Hongye Zhang, Guojin Sun, Haigening Wei, Yuyang Wu, Zhipeng Huang, Jintao Hu, Tim Coombs
摘要: 一个二维电磁-热耦合数值模型使用有限元方法开发,并与实验数据进行验证,以研究一种具有高温超导(HTS)带材堆叠和低温冷却铁芯的超导电机。 HTS堆叠通过脉冲场磁化(PFM)转化为捕获场堆叠(TFS),生成转子磁场。 PFM之后,超导电机的工作原理与永磁同步电机相同。 本研究通过将堆叠的层数量从1增加到9,并调整脉冲电流幅度从250 A到1000 A,来探索HTS堆叠的行为。 本文的主要目的是确定脉冲电流幅度和TFS层数量的最佳组合,以实现最大的磁化场。 次要目标是评估磁化过程中电机中超导和非超导部分的整体损耗,包括TFS各层产生的热量以及电机活性材料(铜绕组和铁芯)中的损耗。 提出了两种电机配置,并引入了两种使用铁损线性插值和钢板等级的计算方法,以估算所研究铁材M270-35A的铁损。 这项开创性研究有望成为开发超导电机时进行损耗分析和结构设计考虑的宝贵参考。
摘要: A 2D electromagnetic-thermal coupled numerical model has been developed using the finite element method and validated against experimental data to investigate a superconducting machine featuring high-temperature superconducting (HTS) tape stacks and cryocooled iron cores. The HTS stacks are transformed into trapped field stacks (TFSs) through pulsed field magnetisation (PFM), generating rotor fields. After PFM, the superconducting motor operates on the same principle as permanent magnet synchronous motors. This study explores the behaviour of HTS stacks by altering the stack's layer number from one to nine and adjusting the pulsed current amplitude from 250 A to 1000 A. The primary objective of this paper is to identify the optimal combination of pulsed current amplitudes and TFS layer numbers for achieving maximum magnetisation fields. The secondary objective is to evaluate the overall losses in both superconducting and non-superconducting parts of the machine during magnetisation, including heat generated in various layers of the TFS, and losses in the motor's active materials (copper windings and iron cores). Two motor configurations were proposed, and two calculation methods using linear interpolation of iron losses and steel grades were introduced to estimate the iron losses for the studied iron material, M270-35A. This pioneering study is expected to serve as a valuable reference for loss analyses and structural design considerations in developing superconducting machines.
评论: 19页,18图,5表
主题: 超导性 (cond-mat.supr-con) ; 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2412.01679 [cond-mat.supr-con]
  (或者 arXiv:2412.01679v1 [cond-mat.supr-con] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.01679
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来自: Qi Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 12 月 2 日 16:26:34 UTC (1,672 KB)
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