高温超导电机阻尼屏蔽系统研究项目摘要

高温超导电机有着体积小、重量轻、结构紧凑、功率密度和效率高、极限容量大、稳定性好等优点，被公认为是在不久的将来具有商业竞争力的新型电机之一。阻尼屏蔽系统是超导电机所独具的特殊结构和关键部件之一，它的作用是减少交变磁场对超导线圈的影响，以保证其工作在超导状态，并提高电机效率；同时，它对转子的振荡起阻尼作用，使超导电机能够稳定运行。本项目拟结合海上风力发电机等高温超导电机的工作特点，建立多层屏筒式阻尼屏蔽系统的电磁场与温度场或应力场的耦合分析模型以及场-路耦合分析模型，结合高温超导带材特性，分析多层屏筒式阻尼屏蔽系统的屏蔽效能、阻尼能力、对高温超导线圈励磁调节和交流损耗的影响、各薄壁筒的受力情况、以及各薄壁筒中的杂散损耗对低温制冷系统的影响。本项目的研究成果将进一步完善超导电机阻尼屏蔽系统的分析和设计理论，并为高温超导电机设计提供铺垫。

高温超导电机有着体积小、重量轻、结构紧凑、功率密度和效率高、极限容量大、稳定性好等优点，被公认为是在不久的将来具有商业竞争力的新型电机之一。阻尼屏蔽系统是超导电机所独具的特殊结构和关键部件之一，它的作用是减少交变磁场对超导线圈的影响，以保证其工作在超导状态，并提高电机效率；同时，它对转子的振荡起阻尼作用，使超导电机能够稳定运行。 本项目结合海上风力发电机等高温超导电机的工作特点，建立了多层屏筒式阻尼屏蔽系统的稳态和瞬态电磁场解析法和有限元法分析模型，多物理场仿真以及场-路耦合分析模型；结合高温超导励磁线圈特性，分析了多层屏筒式阻尼屏蔽系统的屏蔽效能、阻尼能力、以及屏蔽和阻尼特性对超导电机超瞬态参数的影响，并且研究了屏蔽与阻尼性能之间的相关性；分析了阻尼屏蔽系统对高温超导线圈励磁调节和交流损耗的影响、各薄壁筒的受力情况、以及各薄壁筒中的杂散损耗对低温制冷系统的影响；研制了阻尼屏蔽系统的实验模型，搭建了实验平台，并且利用它对理论计算结果进行了实验验证。本项目的研究成果进一步完善了超导电机阻尼屏蔽系统的分析和设计理论，并为高温超导电机设计提供了铺垫。 2100433B

阻尼一般可以分为3 类：系统阻尼、结构阻尼以及材料阻尼。系统阻尼是在系统中设置专用阻尼减振器，如减振弹簧、冲击阻尼器等。结构阻尼是在系统的某一振动结构上附加材料或形成附加结构，增加自身的阻尼能力。材料阻尼是材料本身所具有的阻尼特性，它代表了依靠材料本身的阻尼特性消耗机械振动能的能力。与其它两种阻尼相比，材料阻尼是最基本的阻尼形式 ，存在于各种材料之中。 探究材料内部的微观机理，寻求具有高阻尼的材料；在阻尼材料也有着大量的研究，比如像金属橡胶这样的各向异性材料、热熔型阻尼材料、粘滞阻尼材料、各种复合阻尼材料等。总的来说阻尼材料分为粘弹性阻尼材料、高阻尼合金以及复合阻尼材料三种，这些阻尼材料在很多领域都发挥着重要作用。研究材料的阻尼行为，开发具有较高阻尼性能的结构材料，对于解决由振动造成的问题具有十分重要的意义。对结构件的材料阻尼特性进行定量的测量及计算，能够为机械设备的结构设计和生产提供十分重要的参考依据，因此材料阻尼特性测量是减振降噪技术中重要的一个环节。

最常用的材料阻尼测试方法，是参照国标《GBT18258-2000 阻尼材料 阻尼性能测试方法》等阻尼测试标准，将被测材料制作成标准试样，通过激振器等激励手段，激发试样的阻尼振动，获得其共振响应信号，经过数据处理计算出材料阻尼比。材料阻尼测试问题可以归结为系统辨识问题，包括系统、激励和响应三个部分。在材料阻尼测试的问题中，系统即是材料阻尼试样本身，它的阻尼特性参数就是需要识别的系统参数。系统的激励信号由我们给定，通常是瞬态的冲击信号、或者持续激励的扫频信号，激励信号可以通过信号采集直接获得。系统的响应信号就是材料阻尼试样在被激励之后的振动信号，需要使用仪器进行数据采集和数据处理 。

在电学中，差不多就是响应时间的意思。 在机械物理学中，系统的能量的减小——阻尼振动不都是因“阻力”引起的，就机械振动而言，一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；另一种是系统引起周围质点的震动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼。 摩擦需要稳定的时间！

阻尼比是无单位量纲，在土动力学 中为材料阻尼的 一种量度，表示了结构在受激振后振动的衰减形式。可分为等于1，等于0, 大于1，0~1之间4种，阻尼比=0即不考虑阻尼系统，结构常见的阻尼比都在0~1之间。阻尼比用于表达结构阻尼的大小，是结构的动力特性之一，是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语，引起结构能量耗散的因素（或称之为影响结构阻尼比的因素）很多，主要有（1）材料阻尼、这是能量耗散的主要原因（2）周围介质对振动的阻尼。（3）节点、支座联接处的阻尼（4）通过支座基础散失一部分能量。（5）结构的工艺性对振动的阻尼。2100433B