主动反馈控制下无绝缘层缠绕线圈的匝间损耗和力学行为

高温超导无绝缘层缠绕线圈具有较长的充放电延迟.比例积分(PI)主动反馈控制方法可以有效降低无绝缘线圈的充电延迟,但该方法需要给线圈提供更高的电源电流,这可能会带来额外的损耗能量和力学损伤,因此需要研究层缠绕线圈在PI控制下的电磁和力学性能.本文结合电路模型和有限元方法,采用混合数值模型计算了PI控制下线圈的匝间损耗和力学响应.数值计算结果表明,对于无绝缘层缠绕线圈,使用PI控制进行充电需要更大的电源电流,同时充电过程中会产生更高的匝间损耗能量和环向应力.PI控制下线圈内会产生更大的应力,但相比于匝间损耗的显著增加,线圈内应力增大并不显著.在10 T背景场下,两种线圈环向应力差别为20 MPa.另外,随着线圈匝数或层数的增加,PI控制下线圈内的损耗及应力会进一步增大.考虑到匝间损耗的上升趋势,应优先选择轴向匝数较少的线圈.此外,增加充电时间也可以减少充电过程中的匝间损耗和峰值应力.