高温超导飞轮储能技术发展现状

高温超导块材式的悬浮现象是目前自然界中已发现的唯一可以实现自稳定的磁悬浮方式。利用这种磁悬浮技术的高温超导飞轮储能系统具有控制简单、储能密度大、效率高、寿命长、低维护等优点,为解决目前广泛关注的能源问题提供了新途径。本文综述了美国波音公司,日本ISTEC,德国ATZ公司等国内外小组开展的高温超导飞轮储能系统的研制现状,分析了当前技术发展趋势,探讨了亟需解决的关键难点问题,阐述了未来在军民两方面的发展前景。预计未来五年内高温超导飞轮储能技术将首先在电力调节、不间断电源等领域实现商业应用。

高温超导磁悬浮车发射用驱动系统研究

高温超导磁悬浮以其独特的自稳定优势被认为是未来超高速地面交通以及电磁发射理想的悬浮方式之一。通过对各类直线电机的比较,提出了以动磁式无刷直流直线电机作为高温超导磁悬浮车/发射驱动系统的执行元件,利用有限元分析软件,通过对磁钢阵列、电机极距、磁钢厚度等研究,给出了磁钢的排放结构以及驱动电机的优化参数,随后研究不同电机极数以及初级线圈占空比下电机的推力波动情况,给出能满足系统推力要求的电机参数。对电机推力与气隙的变化关系以及驱动电机对系统悬浮性能的影响研究表明,电机适合于大气隙运行并对系统的悬浮性能影响较低。

高温超导磁悬浮列车研究综述

超导(1911年)和磁悬浮(1912年)各自走过了100年历史进程。超导磁悬浮列车起源于1966年,早期的低温超导磁悬浮列车从发明到完成载人运行已经走过了近50年历程。上个世纪最后一天载人高温超导(HTS)磁悬浮车"世纪号"在中国试验成功,迄今也已经走过了15年的研发历史。本文介绍HTS磁悬浮车的研究与开发进展,包括HTS一代(Bi系)线材和二代(Y系)线材的HTS磁悬浮车以及HTS块材磁悬浮车。讨论了第Ⅰ类和第Ⅱ类超导体块材在外磁场中的磁悬浮原理对比,介绍了用HTS体Re BCO块材的HTS磁悬浮系统的国内外研究进展。主要介绍了"交大超导"从2000年"世纪号"到2014年真空管道环形线中/低速HTS磁悬浮车研发进程,最后讨论了超高速应用的可能性。

高温超导磁悬浮车用悬浮单元优化的实验研究

研究了YBCO高温超导块材与2种典型的永磁轨道之间的最佳宽度比例。这2种永磁轨道的永磁用量基本相同,磁场分别呈单峰和双峰分布。通过改变YBCO高温超导块材组合的横向尺寸,利用高温超导磁悬浮测试装置(SCML-02)研究了在不同场冷高度、相同工作高度下高温超导块材在永磁轨道上的悬浮力。结果表明:块材与磁场呈单峰分布的永磁轨道之间的宽度比与场冷高度无关,而与呈双峰分布的永磁轨道之间的宽度比却极大地依赖于场冷高度。这一结果对高温超导磁悬浮车系统地优化设计是有帮助的。

高温超导磁悬浮轴承研发现状

高温超导磁悬浮轴承作为具有自稳定优势的高温超导磁悬浮技术最具代表性的应用之一,可实现无源的高速无摩擦旋转运行,为大幅度提高现有机器设备的性能及升级换代提供了新的途径。本文综述了近年来美国、德国、日本和韩国等国内外小组开展的高温超导磁悬浮轴承代表性样机研发现状,探讨了该项技术的关键难点问题,指出了当前研究的热点,阐述了可能的应用前景。

大容量先进飞轮储能电源技术发展状况

现代飞轮储能电源综合了先进复合材料转子、磁轴承、高速电机以及功率电子技术而极大地提高了性能,近10年间,现代飞轮储能电源商业化产品推广应用发展迅速。飞轮储能电源系统在储能容量、自放电率降低等方面还有待进一步提高。飞轮储能目前适合于电网调频、小型孤岛电网调峰、电网安全稳定控制、电能质量治理、车辆再生制动及高功率脉冲电源等领域。随着飞轮储能单元并联技术及超导磁悬浮技术的逐渐成熟,其应用领域将逐步扩展到大电网储能领域。飞轮技术产品处于快速扩张时期,我国应当积极从国家层面支持飞轮储能电源技术研究开发,争取早日推出国产飞轮储能电源高技术产品。

多块YBaCuO高温超导体在永磁轨道上的悬浮力

】报道了多块 YBa Cu O高温超导体块材的不同组合方式在永磁轨道上的磁悬浮力的实验研究结果 ,实验研究证明不同的组合方式对其悬浮力的影响较大。作者分别研究了四块 YBa Cu O高温超导体块材以不同的组合方式在永磁轨道上的悬浮力 ,并进行了分析比较 。

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。

高温超导磁悬浮车导向力测试装置

介绍了一套基于高温超导磁悬浮实验车的整车导向力测试装置。该装置由两套推进系统和两套力传感器组成,传感器固定在车上。每套推进系统可在水平和垂直两个方向运动,可完成实验车在不同悬浮高度的横向导向力测试。两套推进系统通过链条齿轮连接,同步精度0.5mm,水平运动范围0～20cm,水平位移精度1mm;垂向运动范围0～10cm,垂直位移精度1mm。利用该装置测量了整车在不同悬浮高度的导向力,并初步研究了整车导向力与悬浮高度及横向位移的关系。

超导块材磁体在高温超导磁悬浮车系统中的两种潜在应用

研究了超导块材磁体在高温超导磁悬浮车系统中的2种潜在应用。高温超导YBCO块材经过Lakeshore恒磁场充磁机充磁之后,利用高温超导磁悬浮测试装置研究了其在永磁轨道上方的悬浮和导向性能;实验发现2种不同充磁方向励磁的块材磁体表现出明显不同的行为,其中一种对悬浮力帮助比较大,另一种则对导向力帮助比较大。这一结果可以为某些特殊需求(如重载、弯道运行等)的高温超导磁悬浮车系统设计提供一定的实验依据。

高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。

高温超导电磁悬浮

介绍一种电磁悬浮式高温超导磁悬浮技术。它的基本结构是,铁质参照系在悬浮装置的上面,高温超导磁悬浮装置悬挂在铁质参照系的下面,用悬浮装置上高温超导绕组磁体或高温超导永磁体实现磁悬浮。与其他悬磁浮技术比较,有以下优点:沿地面轨道无磁场,能静止悬浮,悬浮高度较高(30- 100m m )。悬浮装置上的磁场较低(0.5- 2.0T),且因磁路闭合,环境磁场很低。工作在液氮温度(77K),制造和运行成本较低。该技术适用于所有需要磁悬浮的地方。文中提出了几种可能实现的薄壁液氮低温容器方案。

京沪高速轨道交通:让ETT平息轮轨与磁悬浮之争

关于京沪高速铁路的建设应该采用轮轨技术方案还是磁悬浮方案,目前存在着严重分歧:以铁道部系统专家为代表的轮轨派认为宜采用轮轨技术方案,而以中科院几名院士为代表的磁悬浮派认为宜采用磁悬浮方案。本文认为,ETT是磁悬浮技术的合理应用方向,所以应该把ETT作为京沪高速铁路的比选方案之一进行论证。作者认为ETT比轮轨系统和普通磁悬浮有更大的优越性,京沪高速铁路的建设考虑ETT方案具有非常重大的意义。

基于超导块材磁刚度特性的永磁轨道优化设计

目前高温超导磁悬浮实验车使用的是单极永磁轨道(PMG)。为了提高磁悬浮车的运行稳定性,人们做出了大量的研究。磁悬浮刚度是设计优化高温超导磁悬浮车的一项很重要的参数。文中研究了七块YBCO块材阵列在两种结构不同的永磁轨道上方的竖直方向刚度和横向力刚度的特性。通过比较测试结果,得出七块YBCO阵列与双极型永磁轨道组成的磁悬浮系统在系统运行稳定方面性能更优的结论。

高温超导磁悬浮列车视景仿真系统

文中介绍研究开发的高温超导磁悬浮车的视景仿真系统。首先研究了视景仿真的体系结构,接着用3DMAX构建了视景仿真的三维场景,然后根据高温超导磁悬浮车的运行特性建立仿真所用的simulin模型,最后用过Visual C++编制用户界面。演示结果表明,该系统能较好地展示了世界上首辆载人高温超导磁悬浮车及其在轨道上的运行情况和运行特点。

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。

高温超导磁悬浮测试过程对测试结果的交叉影响作用

在高温超导磁悬浮系统中,超导体和应用外磁场之间的电磁作用比较复杂。通常,任何测试过程对高温超导磁悬浮系统中相互作用力(悬浮力和导向力)结果都有影响。为了能够得到准确的测试结果,文中研究了测试过程对导向力和悬浮力测试结果的影响,发现高温超导磁悬浮系统中存在的磁历史效应导致了这种影响的存在是必然的,而且是交叉影响作用。实验数据进一步指出,在实际的测试过程中必须根据具体的运动路径来选择悬浮力和导向力的测试过程和顺序,以尽可能地减小两者之间的负面影响。根据不同的测试目的,文中也推荐了对应合理的测试方法。

高温超导磁悬浮轴承动态测试平台

为了研究高温超导磁悬浮轴承样机的动态旋转特性,介绍了由振动分析仪、转速计和位移传感器组成的动态测试平台。该测试平台不仅可以测试高温超导磁悬浮轴承的共振频率、刚度和阻尼系数等基本动态参数,而且可以实时测试旋转轴承的转速和振动偏移等运行参数。通过脉冲激励实验和自由衰减实验证实测试实验数据真实可靠。该平台的搭建将为本小组在轴对称式高温超导磁悬浮技术(轴承、飞轮等)的应用研究和开发奠定基础。

涡流阻尼器对高温超导磁悬浮系统的影响

对高温超导磁悬浮系统的动态特性研究表明,多种类型的高温超导磁悬浮系统都存在阻尼过低的问题,在系统中增设涡流阻尼器可以有效改善系统阻尼特性。为了探寻涡流阻尼器高温超导磁悬浮系统悬浮性能的影响,实验研究了几种不同厚度的铜质涡流阻尼器对准静态悬浮力和导向力的影响情况。实验表明,涡流阻尼器的引入对悬浮力和导向力的影响都是有利的,并且悬浮力的测试结果表明可能存在较为优化的阻尼器厚度。

高温超导磁悬浮冷发射装置供电控制系统的设计

介绍了一种基于单片机控制的供电控制系统,系统以ATMEL89C52为核心,以高温超导磁悬浮冷发射装置驱动系统为控制对象,实现了驱动装置的分段供电,实时检测到发射载体的运动速度,减小了供电系统的负荷,提高了驱动装置的运行效率。