轨道交通用新型高温超导直线电机机理及控制系统研究

In this project, a new kind of primary excited high temperature superconducting (HTS) linear motor with the merits of higher efficiency and low cost will be proposed for rail transit drive system, in which the HTS coils and armature windings are all located on the short primary mover and the long secondary stator is only made of low cost iron. Hence, this motor has both high efficiency and low cost. The purpose of this project is to develop novel structures of primary excited high temperature superconducting (HTS) linear motor. The general method is explored for electromagnetic parameters calculation, design, and analysis. The current-carrying capability and reliable operation condition of the HTS coil will be investigated by the means of multi-physics field analysis method. The digital drive system and experimental platform of the novel motor based on the real-time dSPACE will be built. The general laws of motor optimal design and the coordination control strategies between field current and armature current will be investigated. The successful research of this project can offer a novel solution for rail transit drive system, which will overcome the difficult problem of both high efficiency and low cost of the conventional HTS linear motor in long distance drive system. Hence, it not only has the scientific significance and academic value but also practical value in engineering.

本项目提出一种轨道交通驱动系统用新型高效率和低成本初级励磁型高温超导直线电机。该电机的高温超导励磁线圈和电枢线圈均置于初级动子，而次级仅由导磁块组成。因此，在长距离驱动系统应用中兼具高效率和低成本。本项目旨在开发出结构新颖合理的初级励磁型高温超导直线电机结构；探索该类电机电磁参数计算、设计和分析的一般方法；利用多物理场耦合分析方法，揭示影响该类电机高温超导线圈载流能力和稳定可靠运行的一般规律；构建基于dSPACE的数字化驱动控制系统实验平台；研究电机优化设计的一般性规律和励磁电流与电枢电流协调控制策略。本项目的成功研究，将克服传统高温超导直线电机在轨道交通等长距离驱动系统中的高效率和低成本难以兼顾的难题，为轨道交通驱动系统提供新的解决方案。不仅具有重要的科学意义和学术价值，而且具有十分重要工程应用价值。

本项目提出一种轨道交通驱动系统用新型高效率和低成本初级励磁型高温超导直线电机。该电机的高温超导励磁线圈和电枢线圈均置于初级动子，而次级仅由导磁块组成。因此，在长距离驱动系统应用中兼具高效率和低成本。本项目开发出结构新颖合理的初级励磁型高温超导直线电机结构；探索了该类电机的工作机理、电磁参数计算、设计和分析的一般方法；利用多物理场耦合分析方法，揭示影响该类电机高温超导线圈载流能力和稳定可靠运行的一般规律，并提出了减小其外界磁场环境的方法；构建基于dSPACE的数字化驱动控制系统实验平台；研究电机优化设计的一般性规律和励磁电流与电枢电流协调控制策略、无位置控制策略、直接推力控制策略、模型预测控制策略，并完成了初级励磁型高温超导实验样机。本项目的成功研究，将克服传统高温超导直线电机在轨道交通等长距离驱动系统中的高效率和低成本难以兼顾的难题，为轨道交通驱动系统提供新的解决方案。不仅具有重要的科学意义和学术价值，而且具有十分重要工程应用价值。