CN113281646A - 一种超导电机测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超导电机测试系统,涉及电机测试领域。超导电机为定子电枢型超导电机,超导电机测试系统包括:冷却系统、真空系统、温度数据采集系统、线圈超温保护系统和控制系统。本申请通过冷却系统为超导电机冷却,通过真空系统为超导电机抽真空,通过温度数据采集系统实时获取超导电机工作状态下定子电枢绕组的温度并通过控制系统进行实时测量和记录,通过线圈超温保护系统保证定子线圈处于正常工作状态,由此满足定子电枢型超导电机对低温测试的特殊要求。本申请采用模块化设计,适用性强。
Description
技术领域
本申请涉及电机测试领域,特别是涉及一种超导电机测试系统。
背景技术
超导电机的研究是目前电机设计和超导应用领域的重要研究内容。与传统电机相比,使用高温超导材料(HTS)作为绕组的高温超导电机可以实现更高的功率密度和效率。目前问世的超导电机大多为转子励磁型超导电机,其试验测试已经较为成熟,而定子电枢型超导电机的试验测试鲜见报道。
不同于传统电机,定子电枢型超导电机的定子铁芯浸泡在液氮介质中,工作温度极低,需要在低温下进行电机试验。为了减少低温下的漏热,对于典型的定子电枢型超导电机,定子铁芯被双层杜瓦结构包围,试验过程中需要抽高真空以减少漏热。目前常规的电机测试系统无法满足定子电枢型超导电机试验测试的需要。
因此,亟需研制出一种满足定子电枢型超导电机的测试系统。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
本申请提供了一种超导电机测试系统,所述超导电机为定子电枢型超导电机,所述超导电机测试系统包括:
冷却系统,与所述超导电机相连,用于冷却所述超导电机中的定子铁芯和超导线圈;
真空系统,与所述超导电机相连,用于为所述超导电机抽真空;
温度数据采集系统,包括设置在所述超导电机内部的温度传感器,以实时获取超导电机的定子线圈处的温度;
线圈超温保护系统,配置成可实现温度数据采集系统和控制系统的耦合,用于保证所述定子线圈处于正常工作状态;和
控制系统,与所述超导电机的三相线连接,实现对所述超导电机的控制。
可选地,所述冷却系统包括:
液氮接入支路,包括通过液氮绝热管路连接的自增压液氮罐、第一低温闸阀、低温流量计和第一低温快速接头,所述第一低温快速接头与所述超导电机相连;和
液氮排出支路,包括通过管路连接的第二低温快速接头、第二低温闸阀和液氮收集罐,所述第二低温快速接头与所述超导电机相连;
其中,所述低温流量计可实现超低温流体的流量测量,并通过通讯线连接到控制系统,实时显示和记录流量值。
可选地,所述冷却系统还包括第三低温闸阀,连接在所述超导电机与通往外部环境的管路之间。
可选地,当所述第一低温闸阀和所述第二低温闸阀打开,所述第三低温闸阀关闭时,所述冷却系统为闭式系统,冷却过所述超导电机的液氮通过管路流到液氮收集罐。
可选地,当所述第二低温闸阀关闭,所述第一低温闸阀和所述第三低温闸阀打开时,所述冷却系统系统为开式系统,冷却过所述超导电机的液氮直接排到外部环境。
可选地,所述真空系统包括经真空管路连接的真空接头、真空规和真空泵,所述真空规经通讯线连接到所述控制系统,以实时显示和记录真空度。
可选地,所述温度数据采集系统还包括温度采集模块和计算机,所述温度采集模块与所述温度传感器相连,所述温度采集模块配置成支持多通道输入,自带显示屏幕,具备通讯输出功能,可通讯外接到所述计算机,所述计算机配置成安装组态软件,可显示各通道实时温度及曲线。
可选地,所述线圈超温保护系统用于保证所述定子线圈处于正常工作状态,当所述温度传感器采集到的温度超过所设定的所述超导电机的正常工作温度,所述控制系统进行断电保护,防止所述超导电机的定子线圈过热造成不可逆的损坏。
可选地,所述控制系统包括计算机、三相交流电源和变频器,所述超导电机测试系统的供电方式为三相交流供电,所述计算机控制所述变频器,进而对所述超导电机进行控制,控制方式根据需要可选择V/f控制、闭环磁通矢量控制和开环磁通矢量控制中的一种控制方式。
本申请的超导电机测试系统,通过冷却系统为超导电机冷却,通过真空系统为超导电机抽真空,通过温度数据采集系统实时获取超导电机工作状态下定子电枢绕组的温度并通过控制系统进行实时测量和记录,通过线圈超温保护系统保证定子线圈处于正常工作状态,由此满足定子电枢型超导电机对低温测试的特殊要求。本申请采用模块化设计,适用性强。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本申请一个实施例的超导电机测试系统的示意性逻辑控制图;
图2是根据本申请一个实施例的超导电机测试系统的示意性结构图。
图中各符号表示含义如下:
1.第一低温闸阀,2.液氮绝热管路,3.低温流量计,4.第一低温快速接头,5.超导电机,6.温度传感器,7.真空接头,8.真空规,9.真空管路,10.真空泵,11.液氮收集罐,12.计算机,13.温度采集模块,14.第二低温闸阀,15.第三低温闸阀,16.第二低温快速接头,17.三相交流电源,18.变频器,19.自增压液氮罐,
100冷却系统,200真空系统,300温度数据采集系统,400线圈超温保护系统,500控制系统。
具体实施方式
图1是根据本申请一个实施例的超导电机测试系统的示意性逻辑控制图。2是根据本申请一个实施例的超导电机测试系统的示意性结构图。如图1所示,本实施例提供了一种超导电机测试系统,超导电机5为定子电枢型超导电机,所述超导电机测试系统一般性可包括:冷却系统100、真空系统200、温度数据采集系统300、线圈超温保护系统400和控制系统500。冷却系统100与所述超导电机5相连,用于冷却所述超导电机5中的定子铁芯和超导线圈。真空系统200与所述超导电机5相连,用于为所述超导电机5抽真空。温度数据采集系统300包括设置在所述超导电机5内部定子线圈处的温度传感器6,以实时获取超导电机5的定子线圈处的温度。线圈超温保护系统400配置成可实现温度数据采集系统300和控制系统500的耦合,用于保证所述定子线圈处于正常工作状态。控制系统500与所述超导电机5的三相线连接,实现对所述超导电机5的控制。
本申请的超导电机测试系统,通过冷却系统100为超导电机5冷却,通过真空系统200为超导电机5抽真空,通过温度数据采集系统300实时获取超导电机5工作状态下定子电枢绕组的温度并通过控制系统500进行实时测量和记录,通过线圈超温保护系统400保证定子线圈处于正常工作状态,由此满足定子电枢型超导电机5对低温测试的特殊要求。本申请采用模块化设计,适用性强。
如图2所示,本实施例中,所述控制系统500包括计算机12、三相交流电源17和变频器18。所述超导电机测试系统的供电方式为三相交流供电。所述计算机12控制所述变频器18,进而对所述超导电机5进行控制,控制方式根据需要可选择V/f控制、闭环磁通矢量控制和开环磁通矢量控制中的一种控制方式。
如图2所示,本实施例中,所述冷却系统100包括:液氮接入支路和液氮排出支路。液氮接入支路包括通过液氮绝热管路2连接的自增压液氮罐19、第一低温闸阀1、低温流量计3和第一低温快速接头4,所述第一低温快速接头4与所述超导电机5相连。液氮排出支路包括通过管路连接的第二低温快速接头16、第二低温闸阀14和液氮收集罐11,所述第二低温快速接头16与所述超导电机5相连。其中,所述低温流量计3可实现超低温流体的流量测量,并通过通讯线连接到计算机12,实时显示和记录流量值。
进一步地,本实施例中,所述冷却系统100还包括第三低温闸阀15,连接在所述超导电机5与通往外部环境的管路之间。第三低温闸阀15与第二低温闸阀14并联。
第一低温快速接头4和第二温快速接头将超导电机5与冷却系统100连接,通过控制第一低温闸阀1、第二低温闸阀14和第三低温闸阀15的开/闭实,实现开式/闭式冷却系统的切换。
当所述第一低温闸阀1和所述第二低温闸阀14打开,所述第三低温闸阀15关闭时,所述冷却系统100为闭式系统,冷却过所述超导电机5的液氮通过管路流到液氮收集罐11;
当所述第二低温闸阀14关闭,所述第一低温闸阀1和所述第三低温闸阀15打开时,所述冷却系统100系统为开式系统,冷却过所述超导电机5的液氮直接排到外部环境。
更进一步地,自增压液氮罐19配有电磁阀,可对流量进行控制。
如图2所示,本实施例中,所述真空系统200包括经真空管路9连接的真空接头7、真空规8和真空泵10,所述真空规8经通讯线连接到计算机12,实时显示和记录真空度。
如图2所示,本实施例中,所述温度数据采集系统300还包括温度采集模块13和计算机12,所述温度采集模块13与所述温度传感器6相连,所述温度采集模块13配置成支持多通道输入,自带显示屏幕,具备通讯输出功能,可通过RS485通讯外接到所述计算机12,所述计算机12配置成安装组态软件,可显示各通道实时温度及曲线。
如图2所示,本实施例中,所述线圈超温保护系统400用于保证所述定子线圈处于正常工作状态,当所述温度传感器6采集到的温度超过所设定的所述超导电机5的正常工作温度,计算机12控制变频器18进行断电保护,防止所述超导电机5的定子线圈过热造成不可逆的损坏。
具体的超导电机5测试流程为:
(1)将超导电机5通过第一低温快速接头4和第二低温快速接头16连接冷却系统100,通过真空接头7连接到真空系统200,将超导电机5的三相线连接到变频器18,将超导电机5内部预置的温度传感器6连接到温度采集模块13;
(2)开启真空泵10,使杜瓦内部形成高真空状态;
(3)开启自增压液氮罐19,对超导电机5的定子铁芯和超导线圈进行冷却,通过控制第二低温闸阀14关闭,第一低温闸阀1和第三低温闸阀15打开,使冷却系统100为开式系统,冷却过超导电机5的液氮直接排放到外界环境,同时通过温度传感器6收集待测电机线圈处的温度数据;
(4)完全冷却后,通过控制第一低温闸阀1和第二低温闸阀14打开,第三低温闸阀15关闭,使冷却系统100为闭式系统,通过变频器18启动电机,进行电机运行过程中温度测试;
(5)测试结束后,先关停超导电机5,再关停真空系统200和冷却系统100。
需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述,仅为本申请较佳的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种超导电机测试系统,其特征在于,所述超导电机为定子电枢型超导电机,所述超导电机测试系统包括:
冷却系统,与所述超导电机相连,用于冷却所述超导电机中的定子铁芯和超导线圈;
真空系统,与所述超导电机相连,用于为所述超导电机抽真空;
温度数据采集系统,包括设置在所述超导电机内部的温度传感器,以实时获取超导电机的定子线圈处的温度;
线圈超温保护系统,配置成可实现温度数据采集系统和控制系统的耦合,用于保证所述定子线圈处于正常工作状态;和
控制系统,与所述超导电机的三相线连接,实现对所述超导电机的控制。
2.根据权利要求1所述的超导电机测试系统,其特征在于,所述冷却系统包括:
液氮接入支路,包括通过液氮绝热管路连接的自增压液氮罐、第一低温闸阀、低温流量计和第一低温快速接头,所述第一低温快速接头与所述超导电机相连;和
液氮排出支路,包括通过管路连接的第二低温快速接头、第二低温闸阀和液氮收集罐,所述第二低温快速接头与所述超导电机相连;
其中,所述低温流量计可实现超低温流体的流量测量,并通过通讯线连接到控制系统,实时显示和记录流量值。
3.根据权利要求2所述的超导电机测试系统,其特征在于,所述冷却系统还包括第三低温闸阀,连接在所述超导电机与通往外部环境的管路之间。
4.根据权利要求3所述的超导电机测试系统,其特征在于,当所述第一低温闸阀和所述第二低温闸阀打开,所述第三低温闸阀关闭时,所述冷却系统为闭式系统,冷却过所述超导电机的液氮通过管路流到液氮收集罐。
5.根据权利要求3所述的超导电机测试系统,其特征在于,当所述第二低温闸阀关闭,所述第一低温闸阀和所述第三低温闸阀打开时,所述冷却系统系统为开式系统,冷却过所述超导电机的液氮直接排到外部环境。
6.根据权利要求1所述的超导电机测试系统,其特征在于,所述真空系统包括经真空管路连接的真空接头、真空规和真空泵,所述真空规经通讯线连接到所述控制系统,以实时显示和记录真空度。
7.根据权利要求1所述的超导电机测试系统,其特征在于,所述温度数据采集系统还包括温度采集模块和计算机,所述温度采集模块与所述温度传感器相连,所述温度采集模块配置成支持多通道输入,自带显示屏幕,具备通讯输出功能,可通讯外接到所述计算机,所述计算机配置成安装组态软件,可显示各通道实时温度及曲线。
8.根据权利要求1所述的超导电机测试系统,其特征在于,所述线圈超温保护系统用于保证所述定子线圈处于正常工作状态,当所述温度传感器采集到的温度超过所设定的所述超导电机的正常工作温度,所述控制系统进行断电保护,防止所述超导电机的定子线圈过热造成不可逆的损坏。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的超导电机测试系统,其特征在于,所述控制系统包括计算机、三相交流电源和变频器,所述超导电机测试系统的供电方式为三相交流供电,所述计算机控制所述变频器,进而对所述超导电机进行控制,控制方式根据需要可选择V/f控制、闭环磁通矢量控制和开环磁通矢量控制中的一种控制方式。
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