超導(dǎo)直線同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)面臨的一個(gè)主要難題就是效率問(wèn)題，主要?dú)w結(jié)于兩個(gè)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(chǎng)的有效利用問(wèn)題。而超導(dǎo)材料以及超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)的研究和發(fā)展為解決此類問(wèn)題帶來(lái)了曙光。首先，超導(dǎo)材料的強(qiáng)載流能力（比銅導(dǎo)線高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)以上）可以輕易產(chǎn)生常規(guī)磁體難以達(dá)到的高場(chǎng)強(qiáng)，從而大幅提高動(dòng)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(dǎo)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(dǎo)技術(shù)與直線電機(jī)技術(shù)的結(jié)合必將對(duì)直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究和發(fā)展帶來(lái)新的動(dòng)力。
　　論文首先對(duì)直流型和脈沖電流型這兩種超導(dǎo)直線同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了理論分析。在對(duì)超導(dǎo)直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理的理論分析基礎(chǔ)上，論文完成了直流型超導(dǎo)直線同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。利用PSIM、QuartusⅡ、Ansoft（Maxwell與Simplorer）等軟件對(duì)電路部分、測(cè)控部分

3、以及電樞的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分別進(jìn)行了功能仿真與分析，仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)結(jié)果符合預(yù)期，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)母鞣窒到y(tǒng)所需的硬件組成，構(gòu)建了由兩級(jí)超導(dǎo)定子線圈構(gòu)成的直流型低溫超導(dǎo)直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論設(shè)計(jì)值之間的比較，說(shuō)明了設(shè)計(jì)的正確性以及利用超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)的可行性。
　　同時(shí)，論文對(duì)脈沖電流型超導(dǎo)直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各部分組成進(jìn)行了分析與仿真計(jì)算，仿真結(jié)果表明脈沖型超導(dǎo)直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)

4、計(jì)主要在于如何實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)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(gè)因素的最佳匹配關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行性能。系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的改變，可以實(shí)現(xiàn)不同的直線驅(qū)動(dòng)功能。比如不同的觸發(fā)位置，即可以實(shí)現(xiàn)不同步長(zhǎng)的步進(jìn)功能，又可以實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行速度的直線加速功能。
　　由于脈沖電流型超導(dǎo)直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中，超導(dǎo)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(huì)高于超導(dǎo)線圈的臨界電流值。超導(dǎo)定子線圈在承受此類過(guò)電流脈沖沖擊

5、情況下是否仍能正常工作（不被損壞）關(guān)系到脈沖型超導(dǎo)直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠性。因此論文最后對(duì)超導(dǎo)線圈在過(guò)電流情況下的工作安全性能進(jìn)行了研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，高溫超導(dǎo)帶材繞制而成的超導(dǎo)線圈，雖然其臨界電流小于實(shí)驗(yàn)中所需承受的脈沖電流峰值，但是超導(dǎo)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(guò)臨界電流的脈沖電流沖擊下其失超區(qū)域能夠快速恢復(fù)至超導(dǎo)狀態(tài)。高溫超導(dǎo)線圈的過(guò)電流沖擊能力體現(xiàn)了脈沖型高溫超導(dǎo)直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)的可行性。