高温超导悬浮系统非线性动力特性实验与理论探究

悬浮系统主要由高温超导体与永磁体两部分构成,这一系统的应用优势较多,所以可以用于多种场景中,具有较好的发展趋势。通过汇总相关研究成果发现,大部分学者都对准静态悬浮力以及相关理论比较关注,但是关于强激励下的非线性运动特征、由温变引起的问题等一直没能解决。并且实验、数值模拟等方面都存在相应的问题。为此,本文以外界强激励作用为基础,针对高温超导悬浮系统的动力响应情况进行了实验、理论分析,希望可以对高温超导悬浮系统的完善与发展有所帮助。

高温超导悬浮系统动力学仿真

研究永磁体-高温超导悬浮系统的动力学特性,针对改善系统的稳定特性,建立了考虑空气阻尼、外磁场干扰的永磁体-高温超导悬浮系统的动力学模型,采用修正的磁通冻结—镜象模型计算永磁体所受的动态悬浮力,计算出初始冷却条件的影响,避免了洛仑兹力积分求和问题,并进行仿真计算,得到了稳定的动态特征。采用Gear法进行两种工况数值计算的算例,结果表明,永磁体-高温超导悬浮系统的动力学性能改善,并能够反映系统的稳态特性,为永磁体-高温超导悬浮系统的设计提供了理论依据。

超导悬浮系统中电磁力的有限元分析

利用超导体宏观电磁场的Bean模型和有限元方法对由超导体和超导悬浮线圈所组成的悬浮系统进行了分析计算,通过定量计算与模拟,得到了超导体感应的屏蔽电流分布,从而得到了悬浮间隙及悬浮线圈中的电流对悬浮力的影响规律,同时分析了悬浮线圈尺寸与最大悬浮力之间的关系。这些数值计算结果为优化超导悬浮系统的结构设计提供了理论依据。

高温超导钉扎磁悬浮系统分岔和混沌特性研究

高温超导钉扎磁悬浮系统的应用十分广泛,但由于其悬浮力的非线性特性,导致在实际应用中经常引起设备的异常振动。为了探究高温超导钉扎磁悬浮系统的非线性振动特性和寻找避免发生异常振动的措施,首先,通过实验装置测量不同悬浮间隙下的悬浮力数据,将其拟合成指数模型,然后,基于该模型建立简谐激励下高温超导钉扎磁悬浮系统的动力学模型,最后,研究系统的分岔和混沌特性。研究表明,系统存在丰富的非线性动力学行为;系统的混沌阈值随着激励频率的增大先减小后增大,即系统在低频阶段和高频阶段不易发生混沌运动,而在中频阶段易发生混沌运动;质量、阻尼和场冷高度对混沌阈值均存在一定影响。研究结果为高温超导钉扎磁悬浮系统的参数设计及其抑振方法提供参考。

车载高温超导磁悬浮系统的设计

介绍车载高温超导磁悬浮系统的设计问题。为了完成系统的设计 ,首先进行了单块和多块YBCO高温超导体块材的悬浮力的研究 ,同时考虑了 YBCO高温超导体块材的选取问题。设计的目标是稳定悬浮 350 kg,采用 8个车载液氮低温容器 ,这种容器是底壁仅 3mm厚的长方体形的。

高温超导磁悬浮测试系统总体设计──数据采集与控制

给出了高温超导磁悬浮测试系统控制与数据采集部分的总体设计方案，并从硬件和软件两方面进行了深入细致的探讨。该方案较好地解决了如何在各种测试条件下对高温超导块材的性能进行自动测试的问题，在实际应用过程中取得了非常满意的效果。

高温超导磁悬浮深冷测试系统设计

介绍一种使用 G- M制冷机实现深冷环境的高温超导磁悬浮测试系统。高温超导体块材YBa Cu O被固定在制冷机冷头上 ,其温度通过温度控制器可以控制在 1 0 0 K到 40 K范围内。永久磁体 Nd Fe B固定在位于 YBa Cu O上方高温超导磁悬浮测试系统的垂直运动部件上 ,并在计算机控制下作垂直运动以改变它与 YBa Cu O之间的距离。同时 ,计算机采集数据得到 YBa Cu O与 Nd Fe B之间悬浮力与距离的关系。通过温度设定 ,可得到 YBa Cu O在不同温度下的悬浮性能。

超导电动悬浮系统基于有限元-解析耦合算法的力特性分析

超导电动悬浮系统具有悬浮气隙大、稳定性好、无需控制等优点,适用于高速磁悬浮列车。针对该磁悬浮系统,论文提出了一种有限元-解析耦合算法,解析法基于动态电路原理对系统建模,而有限元则用于计算系统模型中的部分电感或全部电感,从而提高计算精度。基于耦合算法,计算了系统不同运行速度、不同悬浮气隙与不同导向偏差时的悬浮力特性曲线,并与有限元、解析法进行比较,验证了耦合算法的精确性与快速性。

混合超导磁悬浮系统中的永磁卸载环节的设计

高温超导体最有希望应用领域之一是制造高速、几乎无摩擦的无源组合磁力轴承。本文主要对混合超导磁力轴承中的永磁卸载环节进行定性分析并给出计算结果。

与磁悬浮车辆现有超导磁体合为一体的线性发电机

在使用超导磁体(SCM)的磁悬浮运输系统中,研究了将线性发电机(LG)并入现有SCM,以提高输出功率、改善功率因数和测量系统的可行性,并在山梨磁悬浮试验线进行了试验。分析和运行试验测量的结果有良好的相关性,有望将线性发电机投入实际应用。

与磁悬浮车辆现有超导磁体合为一体的线性发电机

为使用超导磁体(SCM)的磁悬浮运输系统开发不需接触地面的车上电源,对减少环境污染(噪声和废气的排放)是非常重要的。文章提出了将线性发电机(LG)并入现有SCM以提高输出功率、改善功率因数和测量系统的可行性,并在山梨磁悬浮试验线进行了试验。装在转向架左侧的线性发电机,在400km/h和500km/h的速度范围内,能为磁悬浮车辆提供25kW的电力。分析和运行试验测量的结果有良好的相关性。因此可望将线性发电机投入实际应用。

应用于重力测量的超导磁悬浮系统倾角研究

为提高用于重力测量的超导装置的测量精度,必须对其超导磁悬浮系统偏离水平方向的倾角进行精细测量和调平,因为当存在倾角时,测得的只是重力的部分分量。此倾角测量是一种静态长时间、极低温和高精度的测量,针对此倾角测量特点,设计了一种差动电容倾角传感器,主要由差动电容摆,倾斜信号处理电路组成。分析了电容倾角传感器测倾角原理,制作了倾角传感器实物并对传感器进行标定和验证实验。结果表明,在±0. 2007°测量量程内,分辨率达到0. 0055°,精度达0. 013°。分析了超导重力装置重力测量精度与倾角间的关系,提出了一种倾角调平的方法,并介绍了设计的倾角传感器在超导重力装置调平上的应用。实验结果为研制高精度、耐低温的倾角传感器提供了参考,提出的倾角调平方法为实现超导重力装置高精度的重力测量提供了参考。

超导磁悬浮力测量系统的研制

本文介绍了超导磁悬浮力测量系统研制的目的和具体实现，该系统的研制成功，对于推动超导材料的实际应用必将产生重大影响。