关于条形磁体穿过线圈时线圈中的感应电流的思考简

揭示并分析了当条形磁体的一端进入线圈（单匝）时．线圈中感应电流方向与磁体外侧磁感应强度方向之间的矛盾,同时对条形磁体内外的轴向磁场的大小和变化率的分布也进行了深入地分析,并据此进一步的论述了条形磁体匀速地穿过线圈（单匝）的全过程中线圈中的感应电流的方向和大小的变化规律。     

超导线圈中的感应电流

通过和普通导体线圈比较,从超导线圈内磁通量保持不变的性质出发,讨论了不同情况下超导线圈中感应电流的大小、方向和持续时间等方面的特点.     

关于通电线圈的磁极引起的误解

在高级中学物理学教本中讲了通电线圈的S极和N极。初学者把同性磁极相互排斥,异性磁极相互吸引的规律应用到与通电线圈相关的一些现象上时,常常引起错误。现在我先在这里举两个初学者往往容易发生误解的例子如下: [例1]图1所示的螺线管中电流的方向是由A端至B端,按照右旋螺钻定则,可以确定螺线管的左端显示出象条形磁体的N极,右端显示出象条形磁体的S极。假使将一个磁针放在这个通电的螺线管中如图1的Ⅰ位置时,那么这个磁针将怎样呢?     

结构参数对高温超导绕组线圈磁化损耗影响分析

为了研究高温超导电力设备的绕组密度对其磁化损耗的影响,优化绕组线圈结构,减小交流损耗。利用有限元仿真软件,建立了多匝双根单饼线圈绕组的二维轴对称模型。在外加交变磁场条件下,分别改变超导绕组线圈匝数、匝间间距,分析磁化损耗的变化规律。结果表明,线圈间存在屏蔽作用,在一定范围内,超导线圈匝数越多,磁化损耗越小,匝间间距与超导线圈的磁化损耗正相关。     

MICE超导耦合磁体线圈等效弹性模量辨识

应用于"μ介子离子化冷却实验装置(MICE)"的超导耦合磁体系统是MICE中的三大关键设备之一。耦合磁体线圈内径为1 500mm,长度为285mm,厚度为110.4mm,采用方形截面1.65×1.00mm2的NbTi复合超导线。每层导线之间为环氧和绝缘玻璃纤维布,每匝导线之间为环氧,线圈具有复杂的正交各向异性性质。根据线圈横截面细观结构的周期性,选出单根导线与周围的绝缘材料为代表性体积元(Representative Volume Element,RVE),基于能量等效原理得出线圈等效弹性模量的含义,然后根据细观力学有限元法,采用有限元软件计算了不同边界条件下细观结构代表性体积元的力学响应,得出了线圈平面径向和环向等效弹性模量,结果已经作为基础数据运用在MICE超导耦合磁体的力学计算中。     

脉冲强磁场系统最佳设计的理论

本文综合考虑了线圈、电源和电路诸因素,并据此第一次建立了一个设计标准电容器放电型脉冲磁体(绕组线圈、Bitter线圈或单匝线圈)通用的理论。只要给出设计指标:B₀,2α₁,1/2T,σ,λ和V,就可以由本理论算出磁体的最佳结构参数和电源的设计参数(i₀,F(α,β),α₂,b,L,C,N,l,S(或d),R和I_max)。本文并对最佳磁体结构进行了物理探讨。 关键词：     

开放式线圈屏蔽高场超导MRI磁体的优化设计

提出了开放式高场线圈屏蔽超导MRI磁体的混合优化设计方法,所设计的开放式MRI磁体仅有2对超导线圈。首先采用ISIGHT集成有限元分析软件ANSYS,构成协同式集成优化设计平台,设计磁体的主线圈和屏蔽线圈;然后提出改进的电磁场形状优化方法,设计磁体的匀场铁环,最后通过MATLAB运行遗传算法调用ANSYS进一步优化成像区域(Diameter of Spherical Volume,DSV)的磁场不均匀度,以达到高质量成像的要求。通过一个1.2T的开放式MRI磁体的设计实例清楚地展示了这种优化方法。     

超导离子源铌三锡六极线圈镜像磁场约束结构的优化设计

中国科学院近代物理研究所正在进行国际首台45 GHz全铌三锡超导离子源FECR(Fourth Electron Cyclotron Resonance)磁体的研制,该离子源磁体线圈由六个铌三锡超导六极线圈和四个铌三锡超导螺线管线圈组成。由于单根超导线绕制异形六极线圈(非标准鞍型)技术难度大,且铌三锡超导性能对应力敏感,为了测试单个铌三锡六极线圈性能能否达到设计指标,基于铝合金壳层结构和Bladder-Key精确预紧技术,设计了镜像磁场约束结构。本工作主要阐述了运用ANSYS参数化设计编程对镜像磁场结构进行优化设计的过程和优化后的镜像磁场结构,确定了室温预应力大小,并给出了线圈经过室温预紧、冷却降温和加电励磁后的最大等效应力。进一步结合实际六极线圈制作公差(±0.1 mm),分析和评估了公差对镜像磁场结构中六极线圈预应力施加的影响。     

分段保护超导螺线管磁体失超过程的过电压

超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体,在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上,将3维温度计算结果映射到1维导线方向上,确定沿导线的温度分布,进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路,计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布,较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算,获得了失超过程中磁体内部过电压;发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定;以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。     

一种用于开放式MRI的射频发射线圈设计

介绍了一种用于开放式MRI系统的射频发射线圈. 此发射线圈为上下2个相同的线圈,分别安装在磁体的2极,两线圈采用非对称的正交方式放置. 线圈为矩形螺线管结构,通过电磁场数值计算的方法对线圈的匝间距进行了优化,使线圈在300 mm的球形区域内达到偏差不超过3 dB的均匀性要求. 根据优化结果制作了一套用于0.23 T开放式MRI系统的发射线圈,并对线圈的均匀性及射频发射的效率进行了测试. 测试结果表明,线圈具有较高的发射效率和较好的均匀性,由此验证了设计方案的可行性.     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证.本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响,用Bi2223超导带材绕制了(一个由20个双饼组成的高温超导磁体,用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗.并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析.在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量,测量结果与数值仿真结果相当吻合.利用高温超导体临界电流此非线性模型,本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟.     

25T超导磁体优化中线圈数量影响分析

20 T以上强磁场在高场科学工程中有着不可替代的作用. 电工研究所正在研制一个25 T全超导磁体系统, 包括15 T背景磁场和10 T高温超导内插磁体. 在磁体的设计和优化中, 线圈的数量和种类对于最终优化结果十分关键. 为了研究磁体数量和磁体相关参数的关系, 计算了20 组不同的线圈组合下磁体的优化结果. 优化中除了考虑必要的限制条件以外, 还采用了一种结合局部优化算法和全局优化算法的方法. 通过对比分析发现, 线圈数量和磁体造价之间, 存在一个“V”形的关系. 更进一步地, 本文分析了不同超导体在磁体中应该贡献的最佳磁场, 以及背景磁体统一供电给优化结果带来的影响.     

CFETR纵场磁体线圈内馈线结构设计与分析

介绍了中国核聚变工程试验堆(CFETR)纵场磁体线圈馈线系统内馈线的结构,它由外盒体、万向节、 超导母线与冷却管路以及内部支撑架等子部件组成。在纵场磁体线圈内馈线工况下,对其进行了结构设计,并通 过有限元分析,获得了内馈线工作状态下的应力和位移分布云图。结果表明,最大应力与最大位移变形均满足设 计使用要求。      

高温超导环向场D型线圈的电磁设计

随着高温超导材料和应用技术的进步,采用高温超导技术已成为未来磁约束核聚变装置的发展方向。以ITER托卡马克环向场磁体为研究和应用对象,采用YBCO带材进行了小型高温超导环向场D型线圈的电磁设计,分析了在带材的总用量一定的情况下,线圈的个数和布局对环向场磁体的临界电流、磁场强度及位形的影响,探讨了高温超导环向场磁体的电磁设计方法和技术要点。     

金属匝间高温超导无绝缘线圈充电特性研究

为了减少高温超导无绝缘线圈的充电延迟,采用金属材料作为线圈的匝间添加层。同时,利用有限元仿真软件COMSOL分别建立了普通无绝缘线圈和金属匝间无绝缘线圈的二维轴对称模型,对充电过程进行了仿真研究。仿真结果对比分析表明,具有金属匝间层的无绝缘线圈的充电延迟现象得到了明显改善,延迟时间由15 s缩短到了2 s。金属匝间层的引入,提高了无绝缘线圈的匝间接触电阻率,减少了充电时间的延迟,在需要快速响应的情形中,具有金属匝间层的无绝缘线圈或许会表现出更好的性能。     

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。     

临界电流磁矢量分析法在YBCO线圈上的验证

高温超导磁体临界电流磁矢量分析法准确地预测了BSCCO高温超导磁体的临界电流,为了进一步验证该方法预测YBCO高温超导磁体临界电流的准确性,文中作者用9.3m二代高温超导YBCO带材绕制了一个内径为70mm,外径为100mm,共35匝的单饼,测试了单饼5-15匝,15-25匝,25-35匝和5-35匝在77K下的临界电流,并用磁矢量分析法进行了仿真分析。通过对比发现,仿真分析和实验结果的误差在5%左右,最大误差是6.75%,最小误差是4.77%,验证了磁矢量分析法在预测YBCO高温超导磁体临界电流时的准确性。     

14 T 磁共振磁体磁场位形高精度算法

介绍一种用于计算14 T MRI磁场位形的高精度方法。首先将单匝卢瑟福电缆视作一个微型线圈,以单匝电缆为基本载流单元,计算其磁场分布,再根据磁场叠加原理,求得整个MRI磁体的磁场位形。结果表明,该方法与OPERA计算结果一致。     

ITER ELM原型线圈水压降测试

ITER ELM线圈设计用于控制等离子体边界局域模,线圈导体采用氧化镁矿物绝缘导体结构,其中铜导体采用内径33.3mm的中空铬锆铜导体。单匝ELM线圈最高运行电流为15kA,线圈运行过程中铜导体内通入去离子水冷却,设计冷却水流速为8m3/s以保证线圈达到稳定运行温度。等离子体物理研究所完成了ITER内部线圈ELM原型线圈预研及制造并搭建了线圈流动阻力实验平台,并对ELM原型线圈进行压降测试实验。文中介绍了ITER装置中ELM线圈的压降测试平台的设计,对线圈压降实验数据进行分析。对比理论值与实验值,实验结果表明理论计算与实验值基本一致,实验结果具有可信性。     

基于实验合理外推线圈在辐向磁场中的受力情况

单匝线圈在辐向磁场中的受力情况,很多教师都用纯数学方法(微元法)推导出其有效长度为线圈周长.文章用音频电流通过方形线圈,依次增加磁铁的个数让学生感觉音量的变化,并进一步合理外推出同样的结论.不仅能让学生体会基于实验合理外推这一科学的研究方法,还能让学生对扬声器的工作原理有清晰的认识.