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单相300KVA/25000V/860V高温超导变压器电磁设计及特性研究

作　者: 李晓松
导　师: 陈乔夫
学　校: 华中科技大学
专　业: 电机与电器
关键词: HTS 变压器绕组形式漏磁场环流不均布磁势漏抗突然短路空载合闸交流损耗 ANSYS 软件
分类号: TM41
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文简要介绍了高温超导变压器的特点; 较详细综述了国内外高温超导变压器的研究现状; 比较深入地研究了超导变压器的一些电磁特性如临界电流、漏磁场、环流、短路阻抗及突然短路、空载合闸和过电压过程等。主要内容有: 1)临界电流。临界电流受漏磁场和温度影响较大,在一定温度下,与自场条件下的临界电流比较,实际超导装置的临界电流将减小40～60%。多根高温超导带材迭合使用时,每根带材的平均临界电流较单根使用时为小。另外,漏磁场径向分量对临界电流的影响较轴向分量大得多。2)磁场与环流。与常导变压器比较,漏磁场和环流是超导变压器设计中需要特别引起重视的两个问题。漏磁场尤其是径向分量减小绕组的临界电流,增加交流损耗。超导材料由于没有电阻,绕组各并联支路电抗微小的不平衡可能引起很大环流。A. 较全面地研究了不同铁心结构和多种绕组形式对漏磁场分布的影响。用“场—路”耦合的方法具体计算了2 种铁心结构7 种绕组形式的漏磁场分布; 研究了减小漏磁场径向分量的一些措施。提出了在二次侧绕组饼间或匝间采用不均匀气隙来削弱漏磁场径向分量的方法。结果表明,三柱外铁式结构的漏磁场径向分量较两柱窗式结构小; 绕组饼间或匝间采用不均匀气隙可减小漏磁场径向分量10%以上; 另外,验证了在本设计中采用分磁环来减小漏磁场径向分量是不可取的。B. 首次较深入地研究了超导变压器绕组的环流问题, 填补了高温超导变压器在环流研究方面的空白。用“场—路”结合的方法具体计算了铁心为三柱外铁式时,一次绕组为饼式,二次侧绕组分别为层式、螺旋式和饼式等3 种形式8 种情况的环流分布; 并分析了支路电阻对环流的影响。结果表明,就环流分布来说,层式绕组的环流最小,螺旋式绕组次之,饼式绕组较差; 对于双螺旋式绕组,两个串联连接的线圈采用不同导线换位方式时其环流差别相当大。另外,对于层式绕组,不能将各层线圈两端短接用铜线串联各层绕组以代替并绕导线在层间的换位。3)漏抗是变压器的一个重要参数。本课题研究中,从电气绝缘和减小环流考虑, 高、低压绕组采用了不同形式; 为了减小漏磁场,绕组安匝分布较为稀疏。因此,绕组磁势沿轴向分布是不均匀的,漏抗计算必须计入由此而产生的横向漏磁的影响。本

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-26
  1.1 引言  12
  1.2 超导电性  12-13
  1.3 高温超导变压器的研究意义  13-14
  1.4 超导变压器的特点  14-16
  1.5 高温超导变压器的研究现状  16-23
  1.6 高温超导变压器研究中需要解决的问题  23-24
  1.7 发展趋势及主要课题  24
  1.8 课题来源  24-25
  1.9 本文的主要内容和各章节安排  25-26
2 超导变压器电磁设计  26-47
  2.1 引言  26
  2.2 电磁设计特点  26-27
  2.3 超导带材BI-2223/AG 的电磁特性  27-30
  2.4 有关参数的选择  30-31
  2.5 初选方案  31-32
  2.6 电磁计算  32-38
  2.7 变压器结构图  38-44
  2.8 高压绕组线圈饼试验  44-46
  2.9 小结  46-47
3 基于“场-路耦合”的漏磁场分析  47-63
  3.1 引言  47
  3.2 变压器结构形式  47-50
  3.3 漏磁场计算模型  50-53
  3.4 用ANSYS 软件进行“场-路”耦合分析  53-55
  3.5 计算结果及讨论  55-58
  3.6 减小漏磁场径向分量  58-62
  3.7 小结  62-63
4 绕组环流计算  63-85
  4.1 引言  63
  4.2 变压器结构形式  63-66
  4.3 基于电感系数矩阵的环流计算  66-71
  4.4 计算结果及讨论  71-80
  4.5 各方案比较  80-81
  4.6 支路电阻对环流的影响  81-83
  4.7 小结  83-85
5 磁势不均布的绕组漏电抗计算  85-100
  5.1 引言  85
  5.2 “饼式-层式或螺旋式”绕组  85-90
  5.3 “饼式-饼式”绕组  90-96
  5.4 计算结果及讨论  96-99
  5.5 小结  99-100
6 短路电磁力计算  100-111
  6.1 引言  100
  6.2 短路电流  100-102
  6.3 电磁力密度  102-104
  6.4 线圈受力  104-107
  6.5 电磁力密度沿给定路径的分布  107-110
  6.6 小结  110-111
7 高温超导变压器的交流损耗计算  111-120
  7.1 引言  111-112
  7.2 超导体交流损耗  112-114
  7.3 漏磁场和临界电流分布  114
  7.4 交流损耗的估算  114-118
  7.5 基于APDL 语言的交流损耗计算  118-119
  7.6 小结  119-120
8 超导变压器的空载合闸及过电压  120-137
  8.1 引言  120
  8.2 空载合闸  120-129
  8.3 过电压分析  129-135
  8.4 小结  135-137
9 全文总结  137-140
致谢  140-141
参考文献  141-150
附录1 攻读博士学位期间发表的论文  150-151
附录2 "电动车组高温超导主变压器"技术设计评审意见  151-152
附录3 超导变压器线圈、铁心  152-153
附录4 交流损耗计算的APDL 程序  153-154

单相300KVA/25000V/860V高温超导变压器电磁设计及特性研究

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