热开关和多脉冲励磁的类比特高温超导模型磁体的捕获磁通及电磁特性研究

高温超导磁体因其体积小、高实用性、高场强等优点,在科学研究等领域具有广泛的应用。然而,高温超导带材之间焊接技术的不成熟,很难实现持续电流模式。该文提出一种利用RE-Ba-Cu-O(RE为稀土元素,REBCO)超导片堆叠组成的类比特高温超导模型磁体,该模型磁体不但没有焊接电阻的影响,而且实现持续电流模式。该文说明单片REBCO超导片和由超导片堆叠而成的类比特高温超导模型磁体的结构细节,介绍采用热开关和多脉冲励磁的方法,说明通过COMSOL模拟利用热开关和多脉冲电源对超导片以及类比特高温超导模型磁体进行励磁的过程,证明其能够实现持续电流模式,并对其在持续模式下运行的捕获磁通和电磁特性进行仿真分析以及实验验证。结果表明,热开关和多脉冲励磁的方法可以激励类比特高温超导模型磁体。与传统高温超导磁体相比,由多个超导片堆叠而成的高温超导模型磁体可在无电流引线的情况下实现闭环运行,避免无阻焊接的技术瓶颈。

高温超导永磁体等效电流模型

本文通过比较分析了高温氧化物超导体与稀土永磁体的各向异性，实验表明设计磁体时ａｂ轴方向俘获磁场与ｃ轴方向相比可忽略。提出了描述ＨＴＳ块材俘获磁场的宏观等效电流模型，该模型简洁有效地描述了ＨＴＳ永磁体磁场大小及磁力性能，有助于组合永磁体的设计计算。

电力系统用高温超导磁体的热稳定性分析

为了研究高温超导磁体在电力系统应用中的运行状态,在建立了高温超导磁体在交变电流运行下的分析模型的基础上,对磁体温度场进行有限元分析,给出了磁体在交变电流运行下磁体内部的温度分布,探求了磁体的安全工作电流,提出了改善磁体热稳定性的措施,对直接冷却、饼式结构的高温超导磁体研制有一定参考意义。

高温超导磁体的应力分析

基于Bean临界态模型和Maxwell方程,建立了弹性各向同性的高温超导磁体在磁化过程中和磁化之后应力分布计算模型。分析出磁化过程中和磁化完毕后,满足环向应力总是大于径向应力,并且超导体中心处应力最大,超导体在磁化过程中受到的应力变化最为显著,磁化过程是超导体最有可能发生破坏的阶段。

高温超导悬浮系统动力学仿真

研究永磁体-高温超导悬浮系统的动力学特性,针对改善系统的稳定特性,建立了考虑空气阻尼、外磁场干扰的永磁体-高温超导悬浮系统的动力学模型,采用修正的磁通冻结—镜象模型计算永磁体所受的动态悬浮力,计算出初始冷却条件的影响,避免了洛仑兹力积分求和问题,并进行仿真计算,得到了稳定的动态特征。采用Gear法进行两种工况数值计算的算例,结果表明,永磁体-高温超导悬浮系统的动力学性能改善,并能够反映系统的稳态特性,为永磁体-高温超导悬浮系统的设计提供了理论依据。

高温超导比特磁体最优电流分布研究

研究了高温超导比特磁体最优电流分布的求解方法。在4.2 K下对高温超导比特磁体电流分布与载流能力的利用率进行了数值研究,采用有限元建模对粒子群(PSO)算法求解的最优电流分布进行分析。结果表明,高温超导比特磁体采用最优电流分布时,提高了磁体载流能力利用率,提高了磁体储能密度。

高温超导俘获场磁体脉冲充磁仿真模型研究

在对俘获场磁体的脉冲充磁过程进行三维仿真时,现有的数值模拟方法有待具体分析比较,同时由于计算时间长和收敛困难,难以实现对大规模带材堆叠的模拟。针对以上问题,系统分析了H模型、H均一化模型和T-A模型的三维脉冲充磁仿真,对比了它们在77 K时不同堆叠层数下的俘获场、磁化损耗和计算时间,并基于以上模型提出了分组合并的简化模型。结果表明H均一化模型和T-A模型的计算误差随层数的增加而减小,验证了分组合并模型的有效性,并成功对上百层的堆叠进行了仿真。因此,分组合并模型解决了三维大规模堆叠有限元仿真困难的问题。