一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置

本发明涉及一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，属于超导电机。

背景技术：

1、随着海上风电的快速发展，海上风机的单机容量已突破10 mw。高温超导直驱电机是实现深远海超大容量直驱风力发电机组整机轻量化的有效手段之一，已成为海上风电领域的研究热点。超导线圈设计是超导电机电磁设计中的重要一环，决定着整体方案是否合理。超导线圈发挥特性的条件是电流密度、外磁场强度、电磁力、工作温度均在临界范围内。同样，超导绕组交流损耗大小也非常重要，关系着低温制冷系统功率大小和经济性以及超导电机的整体效率。因此，开发一款超导绕组的载流特性和损耗特性测试装置尤为重要。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提出了一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，可测试电机内多谐波交变磁场耦合影响下超导绕组的载流和损耗特性，能验证理论分析与有限元计算结果是否正确，进行反馈修正。

2、技术方案：本发明提出的一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，包括液氮杜瓦箱和高导磁铁心装置，所述高导磁铁心装置设置在液氮杜瓦箱中；高导磁铁心装置用于为待测高温超导绕组提供电磁环境；所述液氮杜瓦箱用于为高导磁铁心装置及待测高温超导绕组提供液氮低温环境。

3、进一步的，所述液氮杜瓦箱包含双层箱壳结构，两层箱壳中间抽真空，且在两层箱壳内填充液氮。

4、进一步的，所述高导磁铁心装置包括台架、动子铁心、超导励磁绕组、定子铁心和定子铁心支架；

5、台架设置在液氮杜瓦箱内的底面上，动子铁心设置在台架的上表面；

6、定子铁心支架设置在液氮杜瓦箱的内侧面，用于支撑定子铁心，对定子铁心起固定作用，定子铁心支架由非导磁材料制成；定子铁心位于动子铁心的上方，通过设计不同高度的非导磁支架可以调节动子铁心和定子铁心之间的垂直距离；定子铁心和动子铁心中间有气隙间隔；

7、动子铁心至少包含一个齿、两个槽；定子槽位于两个相邻定子齿之间，且齿朝向定子铁心；动子铁心的齿上绕制超导励磁绕组；定子铁心和动子铁心均由硅钢片叠压制成；

8、定子铁心至少包含一个槽两个齿，定子铁心的齿朝下设置，朝向动子铁心；

9、待测超导绕组绕制在动子铁心上，且部分待测超导绕组位于动子铁心槽中（也就是跨绕在定子轭部），待测超导绕组所在平面与超导励磁绕组所在的平面垂直，或，待测超导绕组跨绕在定子铁心的齿上，待测超导绕组所在平面与超导励磁绕组所在的平面平行。流稳压恒流电源通过逆变器为待测超导绕组提供电流，待测超导绕组既可以通入直流电又可以通入交流电；

10、进一步的，定子铁心的上表面设置有线圈支架，且线圈支架位于定子铁心槽的上方；以方便保证待测超导绕组的位置稳定性，使得待测超导绕组到左右相邻两齿的距离相同，定义定子铁心的齿排列方向为左右方向。

11、进一步的，所述台架为可移动台架；动子铁心在可移动台架的带动下，与定子铁心的相对位置沿左右方向发生变化，台架左右移动可以改变超导励磁绕组与待测超导绕组的相对位置，可模拟电机运行中转子与定子不同的相对位置。

12、进一步的，还包括可编程交流电流源；可编程交流电流源与超导励磁绕组连接，为超导励磁绕组提供励磁电流。可编程交流电流源可为超导励磁绕组提供不同形式的励磁电流，包括直流和不同频率的交流电。

13、进一步的，定子铁心的齿和动子铁心的齿的垂直距离为3 mm，或，根据电机气隙的实际尺寸设置。

14、进一步的，定子铁心的槽宽度基于待测超导绕组的最小弯曲半径和电机的磁路进行设计；动子铁心的槽宽度基于超导励磁绕组的最小弯曲半径进行设计。

15、进一步的，本发明的一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，还包括霍尔传感器；霍尔传感器分别位于定子铁心的槽内，用于测量定子铁心槽内磁感应强度。

16、进一步的，液氮杜瓦箱中还设置有三个温度传感器，分别测量不同垂直高度的箱内温度，从而监视杜瓦箱内液氮的液面高度。

17、有益效果：本发明能模拟超导电机内部复杂的磁场环境，测试交变磁场、混杂磁场作用下不同拓扑结构的超导绕组的载流特性和交流损耗，能验证电机中超导绕组设计方法的正确性。高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置对提升超导绕组设计技术水平具有重要意义。

18、（1）通过调节可移动台架，可以改变动子铁心与定子铁心的相对位置，通过可编程交流电源供电，超导励磁绕组可产生不同频率的背景磁场，从而能模拟电机运行时超导绕组所处的各种电磁状况，同时直流电源与电力电子变换器的供电方式可为被测超导线圈提供不同的电流，从而可模拟超导电枢绕组内部流经不同电枢电流时的工作状态。

19、（2）测试装置所使用的超导材料仅为超导电机的很少部分，可有效减小超导电机的开发成本。

技术特征：

1.一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，包括液氮杜瓦箱和高导磁铁心装置，所述高导磁铁心装置设置在液氮杜瓦箱中；

2.根据权利要求1所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，所述液氮杜瓦箱包含双层箱壳结构，两层箱壳中间抽真空，且在两层箱壳内填充液氮。

3.根据权利要求1所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，所述高导磁铁心装置包括台架、动子铁心、超导励磁绕组、定子铁心和定子铁心支架；

4.根据权利要求3所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，定子铁心的上表面设置有线圈支架，且线圈支架位于定子铁心槽的上方；以方便保证待测超导绕组的位置稳定性，使得待测超导绕组到左右相邻两齿的距离相同，定义定子铁心的齿排列方向为左右方向。

5.根据权利要求3所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，所述台架为可移动台架；

6.根据权利要求3所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，还包括可编程交流电流源；

7.根据权利要求3所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，定子铁心的齿和动子铁心的齿的垂直距离为3 mm，或，根据电机气隙的实际尺寸设置。

8.根据权利要求3所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，定子铁心的槽宽度基于待测超导绕组的最小弯曲半径和电机的磁路进行设计；

9.根据权利要求3所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，还包括霍尔传感器；

10.根据权利要求3所述一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，其特征在于，定子铁心和动子铁心均由硅钢片叠压制成。

技术总结
本发明属于超导电机技术领域，公开了一种高温超导绕组载流特性与交流损耗测试装置，包括低温杜瓦容器、高导磁铁心装置、超导线圈、励磁电源、测量仪表、控制平台等。液氮杜瓦箱作为装置外壳为超导绕组性能测试提供低温环境。高导磁铁心装置分为上方的定子铁心和下方的动子铁心。定子铁心设计为超导电机常用的定子铁心结构，待测超导绕组环绕于铁心槽部，由线圈支架支撑位于超导励磁绕组上方，动子铁心齿部安放超导励磁线圈。该测试装置可完成不同拓扑结构的超导股线和超导绕组的载流特性测试，可完成无磁场、混杂磁场环境下超导股线和超导绕组损耗特性测试，并可获得实时的实验数据。

技术研发人员：朱新凯,刘雅斌,赵宇鹏,姚远凡
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13