梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.     

永磁轨道外磁场横向不对称分布特性

研究了永磁轨道外磁场的横向不对称分布对高温超导(HTS)磁浮系统悬浮稳定性的影响。采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立HTS磁浮系统的理论仿真模型,求解永磁轨道外磁场横向分布及YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)高温超导块材的静态悬浮力。进一步设计搭建三轴运动实验平台,通过相应的测试设备,依次对永磁轨道外磁场、表面轮廓的横向分布及YBCO超导块的静态悬浮力进行测量。仿真与实验结果表明,实际PMG的表面沿横向不平整,相邻永磁之间存在间隙和不同的磁体损伤,导致了横向磁场不对称分布,结果使YBCO超导块在偏离永磁轨道中心对称位置处的静态悬浮力存在差异。     

放电过程中脉冲磁体的热传导

 对脉冲磁体放电过程中的热传导进行理论分析与实验测试,结果表明：对于短脉冲磁体,采用绝热模型与考虑热传导后的模型所得计算结果相近,并且二者均与实验测量得到的结果相符;对于长脉冲磁体,由于热传导时间相对较长,绝热模型计算得到的温升与考虑热传导后模型得到的温升有较大差别。通过理论分析可知：无论是短脉冲磁体还是长脉冲磁体,放电过程中的热传导只对磁体温升分布有较大影响,而对磁场波形则几乎没有影响。     

基于单边强磁场效应的无轨磁悬浮小车

利用永磁磁轮产生的感应磁场与原来的磁场方向相反的排斥力来实现磁悬浮。永磁轮磁体按照海尔贝克阵列排列。利用AnsoftMaxwell 16.0软件对永磁轮磁场进行了模拟,对感应磁场进行仿真分析,进一步制作了无轨磁悬浮小车模型,实现了无磁质轨道悬浮,并且研究了气隙高度、以及电机工作电压与悬浮力的关系。     

一种混合高温超导磁体及其电磁特性研究

近年来,高温超导磁体由于载流能力高、磁场强等优点在磁悬浮列车、医疗成像、飞轮储能器等系统具有广阔的应用前景.在这些应用中,工作面上磁场越强,系统的性能越优.高温超导块材能够俘获强磁场,但因为尺寸的限制,其磁场发散区域小,在大气隙条件下工作面区域磁场弱.相比而言,高温超导线圈的尺寸不受限制,但其磁场会随着口径的增大而降低.因此,本文将高温超导线圈和块材结合,提出了一种结构紧凑、口径大、磁场强的混合高温超导磁体.同时,利用有限元仿真软件建立混合高温超导磁体的二维轴对称自洽模型并进行了实验验证,仿真计算了混合高温超导磁体的磁场分布以及不同温度下的临界电流和最大磁场强度.结果表明,混合高温超导磁体可显著增加工作面的磁场,相比于独立的高温超导线圈和高温超导块材最大磁场分别最小提升了102%和12%.另外,混合高温超导磁体工作面上的有效磁通相比于高温超导块材也提高了.     

NbTi超导磁屏蔽管的研究

对置于磁体中的 NbTi 超导磁屏蔽管进行了实验研究,检测了磁体中超导磁屏蔽管的磁屏蔽能力.结果表明由整块 NbTi 材料做成的超导磁屏蔽管屏蔽能力是不高的,并且其磁屏蔽能力随外磁场升场速度的增大而降低.还测量了超导磁屏蔽管内冻结磁场分布,得到了超导磁屏蔽管冻结磁场分布的一些实验规律,实验结果表明,置于磁体中的超导磁屏蔽管不具备使磁场分布更加均匀的能力,这与某些文献的理论预测不一致.     

基于Python的托卡马克磁场快速计算程序

本文编写了一个快速计算托卡马克磁体磁场的程序。该程序基于Python语言编写,使用可视化界面来输入磁体参数,建立模型;采用解析方法计算磁场;并采用图形界面展示磁场计算结果。通过与有限元软件磁场计算结果对比表明,该程序的计算速度可达到有限元软件的十倍左右,可快速进行托卡马克磁体系统的建模与磁场计算,有利于更快地开展托卡马克磁体系统的设计与分析。     

螺线管状磁体的磁场分布

本文介绍了螺线管状磁体磁场分布的计算原理,计算公式,并给出一具体螺线管的磁场分布计算程序和理论计算磁场分布曲线.     

微型曲面发光二极管阵列照度一致性研究

为提高微型曲面发光二极管(LED)阵列在显示及照明使用方面的舒适度,针对微型曲面LED阵列照度分布的均匀性问题进行研究.采用TracePro光线追迹法分别计算了柱面显示阵列及球面照明阵列的照度分布.计算结果表明,曲面弯曲半径R和光源辐射参数m是影响柱面阵列照度分布的主要因素.通过合理排布阵列像素单元位置,可以增强器件显示均匀度,提高能量利用效率.10×10柱面LED阵列最大平坦化照度均匀度为90.5%.对球面环形阵列照度分布计算结果表明,单环形LED阵列照度均匀性与像素数量无关.影响球面多环LED阵列照度分布的参数主要包括环线分布系数K、环法线与第一环阵列光源法线夹角(?)_0及各环线像素光通量之比φ.以双环LED阵列为模型进行计算,获得最大平坦化照度均匀度为94.8%.调整球面多环阵列位置参数可实现不同照度分布模式.实验对比了微型LED像素单元夹角θ分别为13°,15°和17°时的照度分布,实验结果与理论计算较为一致.本文取得的理论与实验结果可以为微型曲面LED显示及多模式智能照明设计提供参考.     

300 kvar超导同步调相机样机的转子磁体设计与测试

正在研制的300 kvar高温超导同步调相机样机采用二极转子结构,每极上堆叠四组跑道形双饼高温超导线圈,线圈之间使用增强型超导电流桥接头结构来降低磁体内部的接头电阻。通过有限元软件对超导转子磁体的静态磁场分布进行了三维仿真计算,根据计算结果和超导带材临界电流-磁场-角度依赖性数据,得到该超导转子磁体在30 K温度的工作电流不能超过333 A。磁体制造完成后,对磁体以不同的升流速度进行了液氮下的通流实验,结果显示,超导转子磁体在液氮下能够安全通流50 A。在通流实验中,测量得到超导转子磁体内部各接头的电阻值均小于1μΩ。