高温超导YBCO带材、线圈及磁体的交流损耗特性研究

摘要

交流损耗是高温超导磁体动态运行过程中不可避免的问题，过大的交流损耗将引起磁体温升，威胁磁体的安全稳定运行。因此，准确地评估超导磁体在动态运行过程中的交流损耗及损耗的分布情况，获取安全可靠的电流运行区间和电流变化率，有助于改进冷却系统的结构设计，减少动态运行时的热损耗，提高超导磁体的热稳定性。要研究超导磁体的交流损耗，首先需要了解超导带材和线圈的交流损耗特性。本文研究了高温超导YBCO带材、线圈及磁体的交流损耗计算分析方法，并进行了实验验证，探讨了交流损耗的大小、分布及影响因素，预测了线圈及磁体的临界电流。具体内容如下：
　　（1）建立了磁性基底和非磁性基底YBCO带材的交流损耗计算模型，研究了这两种YBCO带材的损耗特性，并实验验证了仿真方法的准确性；提出了一种降低磁性基底YBCO带材交流损耗的方法，并通过实验和仿真验证了该方法的有效性。
　　（2）采用改进H方程，研究了磁性基底YBCO线圈的磁场、电流密度及交流损耗分布，评估了线圈的临界电流，并进行了实验验证；提出了D型双饼线圈的3D电磁建模方法，并采用均质化策略，降低了求解自由度，加快了计算速度。
　　（3）采用各向异性的均质化方法，建立了匝数接近7000匝的混合SMES磁体的二维轴对称模型，并验证了均质化方法在Y系线圈和Bi系线圈中的计算精度；计算了磁体在动态补偿过程中的损耗大小及分布，探讨了稳态电流、暂态电流和电流变化率对磁体损耗大小的影响，评估了磁体的临界电流及电感变化特性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作及章节安排

2 交流损耗分析的基本理论与方法

2.1 YBCO带材的基本结构与特性

2.2 交流损耗的产生机制与计算、测量方法

2.3 有限元方法简介

2.4 本章小结

3 YBCO带材交流损耗的测量与仿真分析

3.1 YBCO带材的自场交流损耗

3.2 YBCO带材的磁化损耗

3.3 磁性基底YBCO带材在DC外场下的交流损耗

3.4 降低磁性基底YBCO带材交流损耗的方法

3.5 本章小结

4 YBCO线圈交流损耗的测量与仿真分析

4.1 自场损耗的实验测量

4.2 自场损耗的仿真分析

4.3 临界电流计算

4.4 D型线圈交流损耗的3D建模分析

4.5 本章小结

5 高温超导磁体交流损耗的仿真分析

5.1 均质化方法简介

5.2 YBCO磁体交流损耗分析

5.3 高温超导混合SMES磁体动态运行损耗分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 主要工作及成果

6.2 存在的问题

6.3 下一步的工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参与的项目