MICE超导耦合磁体分段内保护仿真研究

超导磁体失超过程中会产生过大内电压和局部温升,这有可能对磁体造成破坏。对超导磁体进行分段内保护是降低失超过程中内电压和局部温升的有效办法,但是分段后各段线圈之间相互耦合,使得失超过程分析复杂化。将已有的单段失超传播模型推广到分段保护磁体的失超分析,研发了失超过程仿真算法。应用该算法对M ICE超导耦合磁体在不同分段保护系统下的失超过程进行仿真研究,得到了电流、电压、温度等有关物理量变化曲线。仿真结果表明,通过选择合适的分段数和分段保护电阻,可以控制M ICE超导耦合磁体失超过程中内电压和局部温升在允许范围内。     

小型NbTi磁体的失超传播特性研究

针对小型实验NbTi超导磁体,通过建立螺线管线圈正常态区域传播的数学模型来定性描述其三维传播特性,并就磁体失超的实验波形做深入分析,阐述绕组匝间及层间的热传导效应对磁体失超传播速度的影响,掌握实验磁体失超过程中的内阻变化曲线,为磁体的失超信号检测与保护奠定良好的理论基础。     

超导磁体失超过程中Quench-Back效应的数值模拟研究北大核心CSCD

Quench-Back是一种诱发超导磁体内产生新的失超区从而加快失超传播的现象.合理利用Quench-Back效应进行失超保护,需要准确理解Quench-Back作用下磁体内部的传热与电磁过程.以实际工程中某超导螺线管磁体为例,建立了失超过程三维瞬态耦合热-电磁-电路模型.整个模型采用两个顺序耦合的子模型实现,子模型一为三维传热模型,子模型二为轴对称电磁-电路直接耦合模型.得到了失超过程电流,热点温度和内电压变化曲线,分析了Quench-Back效应对失超过程关键参数的影响,研究了Quench-Back加速失超传播的具体过程.研究结果表明:Quench-Back效应可以有效控制失超过程中磁体内的热点温度,降低磁体内的过电压;Quench-Back效应与骨架材料,线圈结构和失超起始位置关系密切.     

多线圈螺线管超导磁体的失超过程模拟

大型多线圈超导磁体常采用分段被动保护的方式以保证磁体在失超时不被损坏。针对此种保护模式,采取基于有限体积的数值方法模拟某核磁共振成像(MRI)超导磁体失超后的失超传播过程,分析线圈失超过程中的热点温度以及电流和电压随时间变化,并对失超电路中各部分的作用进行定量的计算与讨论,为多线圈结构磁体的失超保护方案设计提供参考意见。     

焊接高温超导叠型电缆电流分布的研究

第二代高温超导带材具有较好的电磁特性和机械性能,在未来高场螺线管磁体和高场加速器磁体等领域具有极大的发展潜力。通过测量焊接高温超导叠型电缆在液氮温度自场下,临界电流测量值与电压抽头位置的关系,以研究电缆内部电流分布。实验结果表明,当电流逐渐增大时,电缆内部沿堆叠方向不同位置,电压数值不同,说明电缆内部电流非均匀分布,靠近电流引线侧的超导带材输送的电流较多,焊接高温超导叠型电缆的失超判断与电压抽头的位置有着紧密关系。     

超导斜螺线管型二极磁体失超保护研究

超导磁体一旦失超,短时间的能量释放将使磁体产生很大的内电压和局部温升,如果冲击过大,可能损坏磁体,因此超导磁体的失超传播过程模拟具有重要的意义。超导斜螺线管型二极磁体因其显著优点,在小型加速器和离子束治癌装置上有很好的应用前景,近代物理研究所强流重离子加速器(HIAF)也拟采用该型结构作备选方案,但是由于其特殊的线圈形式,传统的失超模拟方法不再适用。本文采用逻辑坐标与失超传播速度结合的方法模拟了一小型实验磁体的失超传播过程,得到该型磁体失超后电流、电压、温度等相关物理量的变化情况,并比较分析了该类型磁体的失超特点。     

超导储能系统失超保护实验研究

介绍了超导储能系统的失超保护实验,分别对实验装置、失超保护系统、实验连线以及实验电路四个方面进行了阐述。在超导储能系统运行过程中,通过测量在磁体电流超过临界电流情况下,失超保护系统中失超电压及电流的变化曲线,分析了不同充电电流对磁体阀值电压的影响以及在磁体参数改变下失超保护系统的适用情况。实验结果表明,失超保护系统能快速、准确地检测失超信号,并进行保护动作。同时,实验数据的统计也说明了不同的充电电流速度对阀值电压没有产生影响。     

ITER纵场的电磁分析与电源系统的概念设计

进行了ITER纵场磁体电源系统的概念设计.首先,对ITER主机基于循环对称算法,借助ANSYS软件进行了电磁的分析,然后根据电磁分析得到的结果,设计了ITER纵场磁体电源的拓扑结构,分析了整流器的输出电压波形;其次,基于电磁分析的结果,设计了ITER纵场磁体失超保护系统,并计算了磁体失超保护电路中的关键部件-电容和电阻...     

2 MJ超导储能磁体失超保护的研究

本文介绍了一种用于2 MJ超导储能磁体的失超保护系统.该失超保护系统采用数字失超检测方法,依托高性能的数字采集卡NI-6224,能快速可靠地检测到磁体失超;采用卸能电阻可变的失超卸能同路极大地提高了移能效率,减少了冷却介质的挥发.     

超导磁体失超过程中Quench-Back效应的数值模拟研究

Quench-Back是一种诱发超导磁体内产生新的失超区从而加快失超传播的现象.合理利用Quench-Back效应进行失超保护,需要准确理解Quench-Back作用下磁体内部的传热与电磁过程.以实际工程中某超导螺线管磁体为例,建立了失超过程三维瞬态耦合热-电磁-电路模型.整个模型采用两个顺序耦合的子模型实现,子模型一为三维传热模型,子模型二为轴对称电磁-电路直接耦合模型.得到了失超过程电流,热点温度和内电压变化曲线,分析了Quench-Back效应对失超过程关键参数的影响,研究了Quench-Back加速失超传播的具体过程.研究结果表明:Quench-Back效应可以有效控制失超过程中磁体内的热点温度,降低磁体内的过电压;Quench-Back效应与骨架材料,线圈结构和失超起始位置关系密切.     

Over voltage in the multi-sectioned superconducting solenoid during quenching

Accurate analysis of over voltage in the superconducting solenoid during a quench is one of the basis for quench protection system design. Classical quench simulation methods can only give rough estimation of the over voltage within a magnet coil. In this paper, for multi-sectioned superconducting solenoid, based on the classical assumption of ellipsoidal normal zone, three-dimension temperature results are mapped to one-dimension along the wire, the temperature distribution along the wire and the resistances of each turn are obtained. The coil is treated as circuit comprised of turn resistances, turn self and mutual inductances. The turn resistive voltage, turn inductive voltage, and turn resultant voltage along the wire are calculated. As a result, the maximum internal voltages, the layer-to-layer voltages and the turn-to-turn voltages are better estimated. Utilizing this method, the over voltage in a small solenoid and a large solenoid during quenching have been studied. The result shows that this method can well improve the over voltage estimate, especially when the coil is larger.     

MRI、NMR低温超导磁体失超保护综述

用超导磁体制造NMR、MRI等核磁共振设备越来越普遍,超导磁体的失超保护在磁体设计中是一个很关键的问题.本文从失超保护方式,保护电路设计、加速失超方法等三个方面总结了如何为一个超导磁体尤其是核磁共振用超导磁体设计失超保护方案,指出了一些常见的问题的解决办法,最后还介绍并比较了一些常用失超模拟软件,以期为相关科研人员提供有价值的参考.     

Quench detection and protection system design and analysis of the 7 T superconducting magnet

A NbTi 7 T superconducting magnet with a 338 mm bore system was rebuilt and the first expe-riment was carried out in Jan. 2009. The balancing-bridge method used for the quench detection system is analyzed and an improvement of the principle of balancing-bridge conformation is given. The inductances of the coils are calculated to estimate the proportion of the bridge arms. The appropriate parameters are selected for the balancing-bridge.     

高磁场大分离间隙的高温和低温超导磁体失超特性分析

本文使用失超分析软件Opera3D对低温和高温超导磁体进行失超分析.这个超导磁体具有两个相互垂直的室温孔,磁体的中心磁场为8～10T.为了合理保护超导磁体,通过变换加热器不同的加热功率密度和加热时间,改变保护电路参数等设置,分析各不同方案计算结果的区别,总结规律,为满足工程需求提出更优的失超保护方案.     

Quench detection and protection system design and analysis of the 7 T superconducting magnet

A NbTi 7 T superconducting magnet with a 338 mm bore system was rebuilt and the first experiment was carried out in Jan. 2009. The balancing-bridge method used for the quench detection system is analyzed and an improvement of the principle of balancing-bridge conformation is given. The inductances of the coils axe calculated to estimate the proportion of the bridge arms. The appropriate parameters axe selected for the balancing-bridge.     

一种脉冲电流工况下晶闸管缓冲电路的优化方法

对脉冲工况下超导磁体失超保护系统的晶闸管阀组缓冲回路参数进行设计和优化。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型建立了晶闸管关断时刻的电流数学模型。通过测试实验获得关键参数之间的关系并结合晶闸管性能及系统要求在Matlab中建立晶闸管电流反向恢复模型。考虑关断时刻电流下降率、反向恢复电压峰值等性能指标要求及回路研制费用,提出了一种脉冲工况下晶闸管缓冲回路的参数设计及优化方法。在Matlab中搭建失超保护系统模型,对比优化前后缓冲回路对系统在晶闸管关断时刻电气性能的影响,仿真结果显示,相比于原参数,最优参数下,反向恢复电压峰值降低了11%,反向恢复电压变化率峰值降低了43%。同时,回路制造成本降低为原先的1/7。     

液氮浸泡式高性能ReBCO超导带材失超传播特性研究

高性能高温超导带材在大型超导磁体装置上的应用已成为一种趋势,由于存在失超传播速度缓慢、失超检测信号微弱等不足,对失超保护设计提出很大挑战。本文基于液氮浸泡式双保护层的高性能ReBCO带材失超传播特性,采用一维热平衡方程建立失超传播速度的数学模型,通过增加失超源,检测热点温度与电压信号,探究液氮浴环境下的ReBCO带材在传输电流等不同参数下失超传播速度和最小失超能量的变化规律。结果显示:相同条件下,高温超导带材的失超传播速度与传输电流成正相关,最小失超能量与传输电流成负相关,且相比无保护层的普通高温超导带材,具有双保护层的高性能ReBCO临界电流和触发裕度均有提升。     

CR超导二极铁导线的3D有限元失超模拟

利用FEM软件ANSYS对德国GSI的FAIR项目的超导二极铁的超导线进行了失超模拟. 该模拟形象地给出导线的失超过程, 通过APDL编程可以得到失超传播速度, 失超时导体的端电压随时间的变化. 文章还进一步研究了导线的最小失超传播区域MPZ, 失超段初始温度和电流对失超传播速度的影响.     

Analysis of superconducting cavity quench events at SSRF

Quench is important and dangerous to superconducting RF cavities. This paper illustrates the mechanism of quench and how a quench detector works, and analyzes the quench events happening during beam operations and cavity conditioning. We find that the quench protection is mostly triggered by some reasons such as fluctuation of cavity voltage, multipacting or arc, rather than a real cavity thermal breakdown. The results will be beneficial to optimize the operation parameters of superconducting cavities, to discover the real reasons for beam trip by quench interlock, and to improve the operation stability of superconducting RF systems.