15 T NbTi/Nb3Sn超导磁体的设计

提出了一个冷孔直径150 mm、中心磁场为15 T的NbTi/Nb_3Sn超导磁体电磁结构。分析了超导磁体各线圈中磁场的分布规律,结合超导材料临界性能,得到了超导磁体的运行电磁裕度。针对线圈结构组份材料的机械性能,采用平均有限元法仿真了超导磁体的应力/应变,最大环向应力和应变分别为112 MPa和0.297%。该结果表明了超导Nb_3Sn线圈中的应力/应变处于合理水平。     

超导磁储能系统性能检测方法研究

目前,我国已有多台超导磁储能系统样机研制成功并通过了实验验证,考虑到超导磁储能系统与系统联网后对系统稳定性和安全性产生的影响,对其试验、检测方法及其主要设备进行研究是十分必要的。从超导磁储能系统的电磁特性出发,对超导磁体、变流器和功率调节特性这三个方面总结了超导磁储能系统的试验、检测项目,重点介绍了超导磁体的特性试验,并归纳了超导磁储能系统的试验方法及其主要设备。     

同轴嵌套四螺管型1MJ超导储能磁体漏磁场研究北大核心

超导储能系统(SMES)强漏磁是影响其安全运行和大量投入使用的关键问题之一。在磁体储能值为1MJ级别的前提下,通过对超导储能磁体参数的计算和有限元分析及仿真的方法,利用两组同轴嵌套型双螺管超导磁体及磁偶极矩的研究方法建立了一个同轴嵌套四螺管型超导储能磁体并对该磁体的漏磁场进行了分析,得出该结构磁体具有极好的降低漏磁的效果。     

基于Ansoft的Bi系高温超导磁体临界电流的仿真计算

本文基于Bi2223/Ag超导带材的临界电流特性,探讨了高温超导磁体临界电流的计算方法,使用有限元电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立了双饼线圈和小型超导磁体的模型,给出了磁场按方向分解后各分量的分布情况和找出各分量磁场的最大值的方法,利用各分量磁场最大值确定超导磁体的励磁直线,再依据超导磁体的励磁线和临界电流与各磁场分量的关系曲线确定其临界电流,并以实际双饼线圈和小型超导磁体对计算结果进行了验证,较小的误差证明了该计算方法的可行性.     

三相行波磁场中涂层超导线圈的电-磁-力特性研究

随着超导线圈在电力领域中的应用越来越广泛,该文利用有限元仿真软件对处于交变磁场中载流高温超导带材的电-磁-力特性进行了研究,通过超导体的非线性E-J本构关系和基于棱边元法的磁场强度法来求解超导线圈内的电流分布、线圈周围的磁场分布及其受到的电磁力大小等电磁特性,重点研究了在以涂层超导磁体为励磁线圈的直线牵引系统中超导线圈和三相绕组之间的电磁力大小.基于仿真结果,分析了超导线圈内电流分布随气隙的变化关系;线圈周围的磁场分布情况及其对超导线圈临界电流的影响;线圈受到的电磁力随时间和气隙的变化关系等,所得结果为高温超导直线电机的设计和应用提供参考依据.     

基于阶梯电流法的双螺线管超导磁体的研究

超导磁体在统一电流下每个双饼线圈受到的径向磁场大小不同,而临界电流主要受最大径向磁场影响决定,使得磁体带材利用率低.本文将根据双饼线圈所受径向磁场的不同给其通入不同电流的阶梯电流方法应用于双螺线管超导磁体,建立了双螺线管超导磁体的有限元模型,提出了一种快速求解阶梯电流临界电流大小的迭代方法,计算了二阶梯双螺线管磁体临界电流大小,储能,互感与磁体间距大小的变化关系.仿真结果表明,采用阶梯电流法能够提高双螺线管的平均储能密度,提高带材的利用率,并且从机械应力方面验证了阶梯电流的可行性.相同磁体结构下,双螺线管磁体的储能密度与临界电流在间距的增大过程中存在最大值,变化趋势先增大再减小,最后趋于稳定.     

欧洲FAIR中超导二极磁体样机的初步设计与分析

介绍了欧洲FAIR超导二极磁体样机设计的背景及设计要求,以及磁体样机的几个大部件及其作用。用有限元分析软件ANSYS进行了线圈电磁性能分析,得到其磁场、电感、储能随电流的变化曲线,并对其中的一个部件线圈盒进行了结构分析,为下一步的设计提供参考。     

轴对称高场超导磁体电磁应力有限元分析方法

核磁共振成像和核磁共振谱仪是高场超导磁体的主要应用领域.高场超导磁体通常具有较高的磁场和运行电流,在运行过程中超导线会产生较高的电磁应力,其临界特性将发生退化,影响磁体的稳定性.开展高场超导磁体的电磁应力精确分析显得尤为必要.本文发展了一种快速有效的有限元分析方法,第一步,为整个超导磁体系统建立平均有限元模型,采用传统的电磁-结构耦合方法求解电磁应力,获得最大应力位置;第二步,对最大应力所在的超导线圈建立详细有限元模型,采用单积分-结构分析方法精确求解每一组分中电磁应力.基于该模型研究了500 MHz NMR超导磁体的电磁应力.该分析方法也可以用于超导磁体冷却过程中的热应力分析.为高场超导磁体设计和建造提供有益的理论依据.     

短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法

本文提出一种用于短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法,通过结合线性规划和非线性优化算法,设计出的磁体系统具有建造成本低、结构简单、以及线圈中最高磁场、电流安全裕度和电磁应力可控等优点.首先,通过线性规划算法在欲布置线圈空间范围内建立二维连续网格划分,搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图;其次,将电流分布图中的非零电流簇离散成螺线管线圈,通过非线性优化算法计算出满足成像区域磁场均匀度要求、5 Gs杂散场限制、线圈中最高磁场限制、电流安全裕度以及线圈间尺寸间隔等约束条件的线圈结构参数.文中给出一个中心磁场为1.5T自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的设计案例,在50 cm球形成像区域所产生的磁场峰峰值不均匀度为10 ppm,线圈最大长度为1.32 m.该设计方法可用于对称、非对称螺线管线圈系统以及开放式双平面线圈系统的磁共振成像磁体系统设计.     

磁约束等离子体推进器高温超导磁体系统的电磁计算

在地面实验中磁约束等离子体推进器磁体系统是靠四个NbTi低温超导磁体提供磁场,现在设计依靠G-M制冷机传导制冷的由Bi2223超导带材绕制成的四个高温超导磁体替代以前的四个低温超导磁体.本文利用ANSYS有限元分析软件进行电磁计算,得出高温超导磁体的参数。     

ITER超导磁体线圈电磁分析

ITER装置CS线圈、PF线圈、TF线圈是ITER装置超导磁体系统的重要组成部分.电磁性能是超导磁体重要的方面,在研制时对各个线圈的电磁分析是十分重要的.文中通过PRO/E建立模型用Ansys软件,对ITER导体的线圈在其最大工作电流下进行有限元分析,分析的模型分别为:只有CS线圈与PF线圈二维模型;单独TF线圈三维模...     

超导磁体感应电流及其对电磁弹性动力稳定性的影响

分析了托卡马克装置中超导载流线圈磁体的电磁弹性动力学稳定性，运用超导线圈的磁通俘获理论导出了超导磁体中感应电流的表达式。基于Biot-Savart定律、Lorenz定律以及曲梁弯曲理论，建立了反映超导载流线圈在强磁场中运动所产生感应电流影响的电磁弹性力学模型。通过三线圈超导磁体数值分析发现：受稳态电流作用时，线圈振动产生的感应电流很小，对电磁弹性力学的性能影响并不明显；但当超导磁体受到脉冲电流作用时，感应电流对超导磁体的动力稳定性具有明显的影响，使稳定参数区域变小。     

0.5MJ高温超导储能磁体设计分析与研究

高温超导储能磁体(HTS-SMES)是电力系统中的重要应用.文中设计了一种0.5MJ级SMES装置,采用YBCO高温超导带材绕制为14组线圈饼,每组线圈饼由四个单饼线圈组成,设计工作温度为20K,工作电流100A.SMES装置在运行时,中心磁场接近3T,保证高磁场下YBCO带材的临界电流是SMES装置正常运行的必要条件.文中通过有限元的方法分析了运行工况下SMES装置的漏磁场,线圈内磁感应强度的分布,在该磁场条件下带材性能满足运行条件.通过电磁,结构耦合计算与冷却过程的应力分析,得到了线圈上的米塞斯应力与形变,满足储能磁体运行的条件,可以为SMES装置的设计和运行提供参考.     

基于改进型Z源混合变换器的高温超导线圈放电控制研究

超导磁储能系统(SMES)是利用超导磁体以电磁能的形式将电能储存起来,特点是功率密度大,几乎无热损耗,响应速度快.其本质是以电感形式存储磁能,核心是超导线圈.由于在超导线圈的自然放电过程中,线圈电流会呈指数形式快速衰减,使得超导线圈的储能无法得到有效的利用,因此,需对超导线圈的放电进行控制,得到负载需要的稳定输出.本文针对超导储能线圈,提出一种应用于超导储能的DC/DC变换器电路拓扑,即改进型Z源混合变换电路,并分析了其工作原理及控制方法.结合PFM控制技术,提出采用滞环控制方式对变换器进行反馈控制,实现对超导线圈的稳定可控放电.通过PSIM仿真软件进行了仿真分析,仿真结果表明,基于滞环反馈控制的Z源混合DC/DC变换电路可以控制超导线圈的放电过程,得到稳定的输出,验证了该变换电路的的适用性.     

超导磁约束系统中超导磁体涡流损耗的研究

在超导磁约束系统中,超导磁体与射频场、磁场、声场、电场等复合场的兼容耦合是系统稳定运行的关键。探讨了在13.56 MHz频率下的Shoji型天线产生的高频电磁波对超导磁体的影响,高频电磁波会在超导磁体表面产生涡流损耗,进而产生功率损耗并生成热量,导致超导磁体失超。为避免失超现象的发生,在超导磁体室温孔内采用金属屏蔽层进行防护。利用COMSOL软件对整个电磁-射频非线性耦合场进行建模仿真分析,完成了屏蔽层结构的优化选择。基于计算结果,分析讨论了屏蔽层厚度和高度变化对超导磁体上涡流损耗功率的变化影响。通过对超导磁体涡流损耗功率随屏蔽层参数变化进行拟合,最终得到了优化后的屏蔽层参数。     

10MJ高温超导环形磁体电磁优化设计

随着超导技术的发展,大容量、高场强的高温超导磁体已成为未来超导磁体的主要发展方向。文中以10MJ高温超导环形磁体为研究对象,以磁体的总用线量为优化目标,采用二代YBCO带材进行了环形磁体的电磁优化设计,利用遗传算法和有限元建模获得了磁体的最小总用线量,分析了在满足磁体储能量的情况下,线圈的内直径和线圈个数对环形磁体临界电流、总用线量的影响。     

基于电阻应变片的低温应变测量方法研究

超导磁体在降温及通电情况下将受到热及电磁应力,拟采用电阻应变片测量CFETR CS模型线圈在降温及通电过程中产生的应变。为了修正温度和磁场对电阻应变片的影响,采用惠斯通电桥法补偿应变片由于温度及磁场引起的偏差,并实际测量了316L不锈钢样品从室温降到液氦温度的热收缩值,测量结果与ITER数据库数值进行了对比、分析,并研究了磁场对应变测量信号的影响,结果表明惠斯通电桥法能够修正温度和磁场对应变测量的影响,并达到测量的精度要求,可以用于CFETR CS模型线圈的应变测量。     

超导磁体技术在航天推进领域的应用及技术问题

近几十年来,超导磁体以其能够承受高电流密度而提供高场强、高均匀度或高梯度的磁场条件,已经在工业、医疗器械、大科学工程、能源、交通运输、电力系统和国防等领域获得了广泛的应用.在航天推进领域,为了进一步提高现有推进系统的综合性能和研制新型的高性能推进系统,通过磁约束和磁流体发电等方式,将化学能存储并以电能的形式转化为推进动能,从而达到优化推进系统能量配给的目标.目前国内外已提出多个基于电磁辅助机制的新型推进系统方案,超导磁体在其中发挥着关键的磁约束和实现能量转换的作用.本文较为全面地整理了近年来提出的能量旁路磁流体推进和空间磁约束电推进等两种典型电磁辅助推进系统的原理、结构和技术方案,分析了超导磁体的主要作用,以及超导磁体相应面临的关键技术问题和难点.     

MgB_2超导储能磁体可行性研究及结构优化

MgB2作为超导材料中的一颗新星,可以很好的应用于超导磁体。文中对比分析了作为超导磁体应用材料MgB2的超导特性,之后进行了MgB2磁体电磁设计。并通过与已有的Bi系超导磁体的对比,论证了MgB2在超导储能磁体应用中的可行性。针对MgB2超导特性进行磁体结构优化设计,得到两种新思路的螺管型磁体模型,都能够达到更好的经济性。     

饱和铁芯型超导限流器的高温超导磁体的磁场仿真分析

高温超导磁体是饱和铁芯型高温超导故障限流器的核心部件之一,通过超导磁体对铁芯进行直流励磁,控制铁芯的饱和状态,从而限制故障电流.本文以35kV/90MVA饱和铁芯型高温超导故障限流器的超导磁体为研究对象,通过ANSYS有限元软件建立44个双饼线圈的单螺管型磁体的二维电磁模型,得到不同结构磁体产生的磁场,特别是径向磁场的变化规律,结果表明,采用端部并联结构可以有效降低磁体端部径向磁场分量,提高临界电流,该结果为研究饱和铁芯型高温超导故障限流器的电磁特性、磁体励磁能力和结构设计提供一定的参考依据.