超导电枢绕组与电机系统多物理场耦合机制与匹配规律的研究

The coupling theory and operation between the superconducting armature winding and superconductor motor address superconducting motor accurate design needs as a key foundation for the superconducting motor system. Unfortunately, the current carrying and loss characteristic of superconducting armature winding in motor system remains obscure, as well as the multiple physical field coupling calculation with superconductor characteristic. In order to solve the superconducting motor accurate design, the main research areas in this proposal are determined in three aspects, including superconducting armature winding current carrying ability in motor stator, superconducting armature winding modeling and quench and multi-field coupling mechanism and operation. The final research target is that bring the superconducting motor research from the idealistic, experience, independent analysis to the specified, academic, multi-layer interactive analysis, form the single physical field qualitative analysis to the multi-field numerical analysis. The achievement will supply the design principle for superconducting motor and the theory evidence for reliability promotion.

超导电枢绕组与电机系统的耦合机制与匹配是超导电机系统的关键基础性技术之一，是面向全超导电机精确化设计的需求。然而，现有研究中，超导电枢绕组在电机内部复杂磁场约束下的运行特性及与电机内部的多物理场耦合机制不清楚，而且考虑到超导绕组特性的电机多物理场计算方法明显滞后，对超导电机的精确化设计产生了极大制约。本课题将超导电枢绕组在高温超导电机内部的载流特性、失超特性、与电机系统的多物理场耦合及相互匹配规律作为基本内容，最终目标是实现超导电机系统的研究从理想化、经验化的独立分析到具体化、理论化的多层互动探索；从单物理场的定性分析到多物理场综合作用的定量探索，从而为超导电机系统提供设计准则和可靠性提升的理论依据。

超导电枢绕组与电机系统的耦合机制于匹配是超导电机系统的关键基础性技术之一，是面向全超导电机精确化设计的需求。然而，现有研究中，超导电枢绕组在电机内部复杂磁场约束下的运行特性及与电机内部的多物理场耦合机制不清楚，而且考虑到超导绕组特性的电机多物理场计算方法明显滞后，对超导电机的精确化设计产生极大制约。本课题将超导电枢绕组在高温超导电机内部的载流特性、失超特性、与电机系统的多物理场耦合及相互匹配规律作为基本内容，最终目标是实现超导电机系统的研究从理想化、经验化的独立分析到具体化、理论化的多层互动探索；从单物理场的定性分析到多物理场综合作用的定量探索，从而为超导电机系统提供设计准则和可靠性提升的理论依据。通过3年的研究，利用高速双绕组高温超导电机试验平台，测量了高温超导线圈在高频磁场条件下的载流特性，通过与自场条件下的载流特性对比可以发现其载流特性基本没有变化，并且电机稳定运行至4000rpm，所提出的高速双绕组电机能够有效屏蔽高频磁场、复杂磁场波形对超导线圈的影响，对于研发高速全超导电机具有理论指导意义。