高温超导磁体的电磁热分析方法

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超导磁体的电磁热稳定性直接影响超导装置以及含超导装置电磁系统(如电力系统)的运行特性。高温超导体的电磁特性与温度、电流、磁场矢量相关并表现出明显的非线性,因此,高温超导磁体的稳定性分析极其复杂,必须综合考虑电流、磁场、温度以及磁体内部热量、冷却条件等多种因素。本文研究了影响高温超导磁体电磁、热稳定性的交流损耗分析方法,高温超导磁体电感与电流、磁场、温度的相关关系,探讨了减小高温超导磁体内部热量的电流引线漏热优化设计方法、超导导线接头电阻焊接技术等关键问题,并进行了实验验证。具体内容如下:(1)建立了不同带材特性下的交流损耗计算模型,使用该模型分析了不同交流幅值下高温超导双饼中的损耗大小;构建了有限元方法电磁热分析直接耦合模型,并使用该模型计算并分析了不同制冷条件下磁体的温度分布,为评估高温超导磁体的电磁热稳定性奠定了基础。(2)研究了提高高温超导磁体电磁热稳定性的相关技术,提出了使用分磁环减小储能磁体交流损耗的方法,该方法考虑了磁储能系统运行时的电流形态,能够有效抑制磁体损耗;改进了电流引线的优化设计方法,制作了额定电流为250A的二元电流引线;开发了可保证工程实践中低电阻导线接头焊接一致性的超导带材压力焊接机;探讨了无绝缘高温超导磁体的基础特性,无绝缘磁体可能提升直流高温超导磁体热稳定性。(3)采用电磁热耦合模型,并考虑磁场在高温超导导线中的穿透特性,分析了在不同温度、不同载流条件下高温超导磁体的电感变化特性,其研究成果对高温超导磁体电感的设计具有指导意义。
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