单螺线管型高温超导磁体的设计与优化
- 格式:pdf
- 大小:1.19 MB
- 文档页数:6
4.9 超导磁体4.9.1 概述磁体系统是谱议的关键部件之一,它提供高强度和一定均匀度的恒定磁场,供主漂移室测量带电粒子的径迹,用以研究基本粒子间的相互作用和规律。
超导磁体利用轭铁提供磁场回路。
根据BESIII 物理工作的需要,要求主漂移室有高的动量分辨率,但主漂移室的动量分辨率主要由室内物质的多次库仑散射决定,此时改进室的空间分辨率和测量次数(增加灵敏丝的层数)以改进测量统计性都不能改进动量分辨率,而增加磁场强度可以达到这一目的。
但另一方面,如果磁场强度过高,更多的低能量粒子会陷在漂移室内打圈而很难测量。
综合各种因素,选择北京谱仪磁铁的中心磁场设计值为1.0T 。
为避免在粒子径迹拟合时做过多的离线计算机校正,要求径迹区内磁场不均匀度较小。
但由于线圈工艺复杂,体积宏大,加工生产中必然会产生不圆度。
另外由于各子探测器电子学的需要,轭铁上电缆孔很多,参照BESII 的情况,目前仍将不均匀度指标定在≤5%。
基于主漂移室IV 动量分辨率的要求,磁场测量精度应≤0.1%。
4.9.2 超导磁体设计4.9.2.1 磁体基本参数设计及计算根据北京谱仪BESIII 的物理要求,参照国际上同类磁体的设计进经验,确定采用单层线圈结构,间接冷却方式,超导电缆采用基于纯铝稳定体的设计。
根据总体和内部子探测器的尺寸要求,初步确定磁体外形尺寸长度为4.91m ,内直径为2.75m ,外直径为3.4m ,线圈的长度为3.52m ,线圈中心直径为2.95m 。
若取线圈电流I 为3000A ,nI B 00μ=,其中T B 10=,可得1m 长的线圈匝数为n ≈266匝,超导电缆沿线圈轴向方向的厚度为3.7mm ,考虑到匝间的绝缘层的厚度后,线圈总匝数为921匝。
考虑到线圈绕制时,由于超导电缆的连接会减少线圈的有效匝数,现将工作电流定为3150A 。
线圈的储能l D B l S B V B H E ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅=42121)21(20202πμμ = 9.5兆焦耳。
基于磁-路耦合分析法的高温超导环形储能磁体电磁优化设计2017第六届新能源发电系统技术创新大会中国电工技术学会主办,2017年6月21-24日在河北省张北县举办,大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。
浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
文章正文开始中国电力科学研究院、北京交通大学电气工程学院、巴斯大学的研究人员丘明、饶双全、诸嘉慧、龚珺、袁炜嘉,在2016年《电工技术学报》增刊2上撰文指出,高温超导磁储能(HTS-SMES)系统可将运行温区提高到20K~77K,极大地降低了制冷成本。
高温超导储能磁体作为HTS-SMES系统的核心部件,其电磁优化设计显得尤为重要。
应用REBCO涂层导体,采用储能密度大、漏磁场小的环形磁体构型,利用磁-路耦合分析方法,对高温超导环形储能磁体开展设计研究。
提出一种基于Matlab与COMSOL联合进行高温超导环形储能磁体电磁优化的设计方法,分析了环形储能磁体在运行工况下的磁感应强度及漏磁场情况,得到了给定总用线量,且一定运行温度下储能量所能达到的最大环形储能磁体结构参数。
优化结果表明,在总用线量和运行温度一定的条件下,不同单元线圈数目的环形储能磁体所能达到的最大储能量差别较小,而且随着单元线圈数目的增加储能量呈现先增加后减小的趋势。
利用该电磁优化设计方法,能使环形储能磁体的储能量得到较大的提高,在寻找储能量最大值所对应的结构参数计算方面效果良好。
磁储能(Superconducting Magnet Energy Storage, SMES)系统储存的是电磁能,与其他储能方式相比,在功率密度、转换效率及响应速度方面具有明显的优势[1,2]。
SMES系统可以用来抑制电网中的电压、功率和频率波动,提高电力系统抗干扰的能力、增强电网稳定性[3]。
SMES系统的关键部件是储能磁体,若采用2G高温超导带材进行绕制,可将运行温度提升到液氮温区(@77K),能大幅降低运行成本,而且2G高温超导材料具有电流密度大、承受磁场能力强的优点,因此本文设计选用的带材为日本藤仓公司生产的高温超导涂层导体REBCO。
35 kJ YBCO单螺管型超导储能磁体的多目标优化李泰来;杨徉;杨正【摘要】优化设计超导磁体,不仅可以从技术上保证超导磁储能系统运行的安全和可靠性,而且能够最大限度地降低制造成本.利用模拟退火算法优化在一定条件下的单螺管储能磁体的基本参数(长、外径、内径等),得出最优设计方案.在ANSYS中对超导储能磁体进行模拟仿真实验,结果验证了优化设计的优越性.【期刊名称】《吉首大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】4页(P48-51)【关键词】高温超导磁体;多目标优化;ANSYS【作者】李泰来;杨徉;杨正【作者单位】吉首大学信息科学与工程学院,湖南吉首416000;吉首大学信息科学与工程学院,湖南吉首416000;吉首大学信息科学与工程学院,湖南吉首416000【正文语种】中文【中图分类】TM153+.1超导磁体所储存的电磁能量等效于磁体在自由空间中产生的磁场能量.它由2个部分组成:一部分位于磁体绕组所包围的有限空间中,磁场强度强,磁能密度较高;另一部分位于磁体绕组的外部,磁通密度较弱但分布最广,形成超导储能磁体的漏磁场区.超导储能磁体,特别是微型储能磁体,在系统中常运行在脉动状态下.超导材料在交变磁场中承受交流损耗,从而增大制冷费用.相同储能量级下,超导材料用量越少,交流损耗也越少,超导磁体的运行越经济.因此,超导储能磁体的材料利用率是磁体设计中应考虑的一个重要因素[1].近年来,学者们对磁体优化的研究[1-7]表明,磁体优化设计的主要思路是针对受磁场影响而导致临界电流降低的部分,采取一些措施优化磁体的性能,从而达到优化的目的.笔者拟通过改变磁体形状因数来优化磁体结构,并通过有限元软件对优化后的单螺管磁体进行建模仿真,验证其优越性.1 高温超导磁体的优化设计图1 超导磁体线圈截面Fig. 1 Cross Section of Superconducting Magnet Coil 对于未设置铁磁屏蔽的超导磁体,可以构造如图1所示的模型进行优化设计.该超导磁体的储能表达式为(1)其中:l(p,q) 为点p与点q之间的距离;J(p)和J(q)均为电流密度;S为磁体线圈横截面的面积.由(1)式可知,磁体的体积和形状参数直接影响磁体储能量.因此,将通常使用的如图2所示的矩形截面磁体线圈模型设为参照方案,优化设计阶梯形截面磁体线圈模型如图3所示.图2 矩形截面磁体线圈模型Fig. 2 Model of Magnet Coil with Rectangular Cross Section图3 阶梯形截面磁体线圈模型Fig. 3 Model of Magnet Coil with Ladder Cross Section设计材料为YBCO超导磁体线圈,储能量35 kJ.储能磁体为薄壁单螺管双饼结构,单饼厚度4.5 mm,单饼间用聚酰亚胺绝缘,双饼间用铝铜线隔开[5].用线圈体积作为目标函数.矩形截面磁体线圈(方案1)的体积目标函数为f=2π((0.065+x1)2-0.0652)h1;阶梯形截面磁体线圈(方案2)的体积目标函数为f=2π(((0.065+x2)2-0.0652)h2+((0.065+x2+x3)2-(0.065+x2)2)h3+((0.065+x2+x3+x4)2-(0.065+x2+x3)2)h4),其中各量在图2和图3中标出.以此目标进行优化,在保证磁体储能量的同时,使体积(即超导带材用量)最小.对磁体的优化还应同时满足如下约束条件:(1)线圈储能误差不超过±0.2;(2)线圈的内径为65 mm;(3)符合YBCO导体的B-I特性曲线.约束条件的数学表达式为:其中:E为磁体的储能量;R为固定的线圈内径;I0p为磁体的饱和电流.按照2种方案的相关约束条件设置参数,使用模拟退火算法对磁体目标函数中的几何参数寻求最优解.所得优化结果见表1和表2.表1 方案1形状因数的优化结果Table 1 Optimized Results of Form Factor in Scheme 1 mmx1x2x3x4h1h2h3h4313———1 058———表2 方案2形状因数的优化结果Table 2 Optimized Results of Form Factor in Scheme 2 mmx1x2x3x4h1h2h3h4—11876266—982654428根据磁体模型长、宽、高等参数计算出2个方案中磁体的体积和自感系数,并求得磁体电流和对应的储能量,如表3所示.表3 磁体其他参数的计算结果Table 3 Calculated Results of Other Parameters 方案体积/m3电流/A 储能量/J11.678 0×10-3210.03 499.8021.466 5×10-3213.83 501.25从表1~3中可以看出,在选取YBCO超导材料、磁体储能量约为35 kJ的情况下,方案1的单螺管型需要使用带材1.678×10-3 m3;方案2需要使用带材1.4665×10-3 m3,相比前者可节省13%的超导带材,使得超导磁体设计制作的成本大大减少,从而增加超导磁储能系统的经济效益.2 ANSYS仿真分析ANSYS是目前应用最为广泛的有限元分析软件之一.利用ANSYS对储能磁体进行仿真分析,能够清晰、直观地得出2种方案磁体周围的磁感应强度分布情况.根据表2和表3中的各项磁体参数,可进一步计算得出2个方案在ANSYS建模中的参数设置,列于表4和表5.表4 方案1的参数设置Table 4 Parameter-Setting of Scheme 1绕组内径/mm 绕组外径/mm绕组高度/mm双饼数电流/A6596.3105.812210.0表5 方案2的参数设置Table 5 Parameter-Setting of Scheme 2绕组外径r1/mm绕组外径r2/mm绕组外径r3/mm绕组高度r4/mm绕组高度r5/mm绕组高度r6/mm双饼数电流/A76.884.4111.0105.865.442.812213.8建立有限元模型并进行网格划分,再利用SOLVE命令求解.在求解过程中,按照规定设置磁体外2 m处的空气单元符合第二类狄利克雷边界条件(磁力线平行),并对磁体作电流密度加载,然后利用MAGSOLV命令对所建立的磁体模型进行求解,得到2个方案的磁感应强度分布,结果如图4和图5所示.图4 矩形截面磁体磁感应强度分布云图Fig. 4 Cloud Chart of Magnetic Induction Intensity of Rectangular Cross Section图5 阶梯形截面磁体磁感应强度分布云图Fig. 5 Cloud Chart of Magnetic Induction Intensity of Ladder Cross Section整理2个方案的仿真结果,列于表6.表6 2种优化方案结果比较Table 6 Simulation Comparison of Two Optimized Schemes方案电流/A储能量/kJ中心磁感应强度/T2 m外杂散磁场/T1210.035.043.114 50.527×10-32213.835.923.196 60.126×10-3比较仿真结果可知,优化方案的储能能力与期望值相比大小相差在2%以内,且2种方案的中心磁感应强度相差不大,符合设计要求.方案2的2 m外最小杂散磁场磁感应强度符合国家标准(小于5×10-4 T),并小于方案1的杂散磁场,能够达到优化目标.3 结语以降低杂散磁场、节约超导带材为目的,对单螺管型超导磁体进行优化设计.以截面为矩形的螺线管磁体为参照对象,在此基础上设计出截面为阶梯形的螺线管磁体.仿真实验结果表明,阶梯形截面的螺线管符合储能要求,且磁体外2 m处的杂散磁场更小.同时,根据对体积的计算,阶梯型截面的磁体绕制过程中所需的超导带材更少.随着超导磁体储能量的不断增大,接下来将进一步验证本研究的优化思路在储能量更高的磁体上能否取得更好的优化效果,并积极探索计算量更小、带材使用量更少和磁场分布更优越的优化方法.参考文献:【相关文献】[1] 何超峰,张俊峰,丁先庚,等.高温超导磁体试验装置设计[J].低温与超导,2012,40(9):55-57;75.[2] 朱光,刘建华,程军胜,等.25 T超导磁体优化中线圈数量影响分析[J].物理学报,2016,65(5)[058401]:1-7.[3] 朱晓辉,王海云,刘胜利.单螺线管型高温超导磁体的设计与优化[J].低温与超导,2016,44(3):1-5;37.[4] 朱颢东,钟勇.一种改进的模拟退火算法[J].计算机技术与发展,2009,19(6):32-35.[5] 杨徉,罗映红,蒋宝灿,等.2.5 MJ单螺管型超导储能磁体的主动屏蔽研究[J].郑州大学学报(理学版),2015,47(1):112-114.[6] 张昊蒙.浅谈电力储能技术及其在现代电力系统中的应用[J].电子世界,2014(16):276.[7] 李开彦.单螺管型高温超导储能磁体的静磁场分析[J].中国科技纵横,2015(21):149-152.。
超导材料的磁场屏蔽效果分析与优化引言超导材料是一种在低温下具有零电阻和完全磁场屏蔽效果的材料。
它们在电力传输、磁共振成像等领域具有广泛的应用。
然而,由于超导材料的磁场屏蔽效果受到多种因素的影响,如材料的组成、结构以及外部磁场的强度等,因此分析和优化超导材料的磁场屏蔽效果具有重要意义。
一、超导材料的磁场屏蔽机制超导材料的磁场屏蔽机制主要包括Meissner效应和磁通线束效应。
Meissner效应是指在超导材料中,当外部磁场施加到材料上时,材料内部会产生一个反向的磁场,从而抵消外部磁场的影响。
磁通线束效应是指在超导材料中,当外部磁场超过一定临界值时,磁场将进入材料内部形成磁通线束,从而使材料的磁场屏蔽效果减弱。
二、超导材料的组成与磁场屏蔽效果超导材料的组成对其磁场屏蔽效果有着重要的影响。
一般来说,超导材料的主要成分是超导体和基底材料。
超导体的选择直接影响到磁场屏蔽效果。
例如,采用高温超导体可以提高超导材料的临界温度和临界磁场,从而提高磁场屏蔽效果。
此外,基底材料的选择也会对磁场屏蔽效果产生影响。
一些研究表明,选择具有高导热性和高磁导率的基底材料可以提高超导材料的磁场屏蔽效果。
三、超导材料的结构与磁场屏蔽效果超导材料的结构对其磁场屏蔽效果同样具有重要影响。
超导材料的结构包括晶体结构和微观结构两个方面。
晶体结构的优化可以通过控制材料的生长条件和热处理过程来实现。
例如,通过控制晶体生长的速率和温度梯度可以改变晶体的缺陷密度和晶界的结构,从而提高超导材料的磁场屏蔽效果。
微观结构的优化可以通过控制超导材料的微观组织和晶粒尺寸来实现。
一些研究表明,减小超导材料的晶粒尺寸可以提高材料的磁场屏蔽效果。
四、外部磁场强度与磁场屏蔽效果外部磁场的强度对超导材料的磁场屏蔽效果有着直接的影响。
一般来说,当外部磁场强度较小时,超导材料的磁场屏蔽效果较好。
然而,当外部磁场强度超过一定临界值时,超导材料的磁场屏蔽效果会减弱。
因此,优化超导材料的磁场屏蔽效果需要考虑外部磁场的强度。
第27卷第5期低 温 物 理 学 报Vo l.27,No.5 2005年11月CHIN ESE JO U RN A L O F LOW T EM P ERA T U RE P HYSICS Nov.,2005基于混合算法的传导冷却高温超导磁体的优化设计王 超1,2 王秋良11中国科学院电工研究所,北京, 1000802中国科学院研究生院,北京,100039 遗传算法是一种行之有效的优化算法,具有很强的自适应性、鲁棒性和全局搜索能力,但其亦存在着未成熟收敛及进化缓慢等问题.为提高遗传算法的寻优性能并考虑到磁体工程实际问题,本文对遗传算法作了改进,并与局部优化算法序列二次规划算法相结合形成一种优势互补的混合算法,并将其应用于3.2T传导冷却Bi系高温超导磁体的优化设计中,取得了良好效果.关键词:高温超导磁体设计,优化算法,Bi-2223/A g带材PACC:0720M,1110L,7470P1引 言制冷机直接冷却高温超导磁体技术的发展为超导磁体技术的应用提供了较为美好的前景.但目前高温超导材料价格非常昂贵,因此减小超导磁体体积可减少超导材料用量,进而可以降低磁体制造成本;另外,超导磁体冷却时所损耗的电源功率与磁体体积成正比,所以减小超导磁体体积可降低运行费用.因此,采用优化算法对高温超导磁体进行优化设计以尽量减小其体积,同时使磁体满足规格及性能要求,具有极为重要的意义[1].遗传算法(GA)、模拟退火法(SA)和序列二次规划算法(SQ P)是国际上高温超导磁体优化中常用的几种优化算法.经过三种优化算法优缺点的比较,本文首先对遗传算法进行改进,而后与序列二次规划算法相结合形成优势互补的混合算法.最后,本文采用此混合算法对3.2T传导冷却高温超导磁体进行了优化设计,并与未进行优化的磁体设计结果作了对比.2优化算法2.1遗传算法(GA)及其改进遗传算法[2]是一种有效地解决最优化问题的方法,具有较强的全局搜索能力.但其局部搜索能力弱,易出现进化缓慢、过早收敛等问题.为提高遗传算法的寻优能力并考虑到磁体收稿日期:2005-04-07 低 温 物 理 学 报 27卷工程实际问题,本文采用了以下措施:2.1.1适应度函数及约束条件的处理适应度函数的选取直接影响到遗传算法的收敛速度以及能否找到最优解.高温超导磁体优化设计是约束非线性优化问题,而遗传算法属于无约束优化方法.对有约束问题:min F (X )s.t.g i (X )<g i (i =1,2,…,m )(1)式中X决策变量,X =(x 1,x 2,…,x n )T ,i (X )约束因子,i约束量界定常数,i =1,2,…,m进行转化处理.本文采用惩罚函数法将(1)转化为无约束问题.其增广目标函数为P (X )=F )X )+mi =1(m ax (1,g i (X )-g i )×R i )(2)其中R i 为惩罚因子,根据约束条件的性质不同而取不同的值.增广目标函数(2)是一个求解最小化优化问题,而通常遗传操作时希望求适应度函数的最大值,为此,将适应度函数定义为:f (X )=1e 5/P (X )2.1.2适应度函数定标遗传算法采用比例选择方式时,在进化初期易出现未成熟收敛,在进化后期易出现进化缓慢现象.因此,本文采用适应度线性定标法[3]来缩小或放大相应的适应度函数值,从而达到抑制未成熟收敛和进化缓慢的目的.2.1.3最优个体保留策略通过数学推导[2],可以证明:如果采用比例选择法,在选择前(或后)保留当前最优解的遗传算法能保证收敛至全局最优解.但收敛至最优解的时间可能是很长的.本文采用精英保留策略以保证全局收敛性,同时与序列二次规划算法相结合,来提高优化效率,缩短优化时间.2.1.4初始种群的产生在常规遗传操作中,初始种群是随机产生的.不同的初始种群对遗传算法的执行有很大影响.本文采用随机产生5*N 个数量的个体而后进行筛选得到N 个个体作为初始种群的策略.2.1.5离散变量的编码通常遗传算法采用浮点数编码,并且针对的是连续变量.而本文对由大小相同的双饼线圈同轴排列而成的高温超导磁体进行优化设计,决策变量为磁体的高度和厚度.由于每个双饼线圈的高度都是固定的,且双饼线圈之间导热环形铜板的厚度也是固定的,因此磁体高度是离散变化的.另外,由于高温超导带材厚度是固定值,而磁体厚度是超导带材厚度的倍数关系,因此磁体厚度也是离散变化的.所以,需要对离散变量进行编码.将变量的取值按递增顺序自0递增进行编号,再采取二进制编码方式.即离散变量的编码分两步进行[4]:首先将离散变量进行整数编码;其次对整数变量进行二进制编码.例如:组成高温超导磁体的双饼线圈个数限定在32个以内,每个单饼线圈匝数限定在512匝以内,那么对决策变量—磁体高度和厚度进行二进制编码形成的码串长度为14位(其中磁体高度为5位,厚度为9位).2.1.6遗传进化终止条件终止条件采用最大进化代数与最佳个体持续不变相结合的方式.在此高温超导磁体优9905期王超武等:基于混合算法的传导冷却高温超导磁体的优化设计化中,当算法进化代数超过50代或者最佳个体10代以上连续不变化,即认为此时的最佳个体就是最优解或近似最优解,遗传操作终止.2.2改进的遗传算法与序列二次规划算法相结合形成混合算法遗传算法具有很强的全局搜索能力,但其局部搜索能力很弱,而序列二次规划算法具有很强的局部寻优能力.因此,本文将遗传算法与序列二次规划算法相结合形成一种优势互补的混合算法,即将遗传算法的优化结果作为初始起点,采用序列二次规划算法进行进一步的精确寻优,得出最优结果.混合算法的流程可见图1传导冷却高温超导磁体优化设计流程图.图1 3.2T 传导冷却高温超导磁体优化设计流程图33.2T 传导冷却高温超导磁体的优化设计磁体设计要求是:内直径为120毫米,中心磁场达到3.2T 以上,储能达到17千焦以上,运行温度为20K ,安全因子为0.6,所使用的Bi -2223/A g 高温超导带材(包括绝缘在内)宽4.2毫米,厚0.23毫米.整个磁体由大小相同的双饼线圈同轴排列而成,每两个双饼线圈之间增加导热环形铜板,厚度为1毫米;铜板的两个表面喷涂绝缘层,层厚度为0.1毫米;每个双饼线圈都采用环氧固化.为降低高温超导磁体的制造成本和运行费用,将磁体中高温超导双饼线圈的总体积设定为优化的目标函数.在本文中所设计的磁体中,未考虑磁场均匀度问题.如若考虑,可将其作为优化的约束条件.如果提高磁场的均匀度是优化的主要目的,则可以将其作为优化的目标函数.高温超导磁体优化的数学模型为:目标函数:高温超导磁体中双饼线圈的总体积约束条件: B 0≥3.2T(3a )991992 低 温 物 理 学 报 27卷a=6cm(3b)I op=0.6×I c(3c)E≥17k J(3d)式(3a)和(3d)分别表示超导磁体的中心磁场在3.2T以上及磁体储能在17千焦耳以×L×I op2来求得,L为磁体电感;式(3b)表示磁体内半径固定为上,其中储能可通过E=126厘米;式(3c)表示磁体安全因子为0.6;I op为磁体运行电流,I c为磁体临界电流.由于高温超导带材具有强各向异性,因此在高温超导磁体设计中主要考虑垂直磁场的影响.高温超导磁体临界电流可通过磁体最大垂直场与相应的运行电流所形成的磁体励磁曲线和所用高温超导带材在20K运行温度下的垂直场性能曲线来确定.表1 高温超导磁体的优化设计结果设计结果优化设计结果双饼线圈个数2013磁体内直径/cm1212磁体外直径/cm21.1224.048磁体高度/cm20.2813.14中心磁场B0/T 3.1998 3.2067储能/J17087.517399.2磁体总匝数76006526电感/H 4.4774 4.6795安全因子/%6060磁体运行电流/A87.365986.2348磁体临界电流/A145.6098143.72最大垂直场B r m ax/T 1.5018 1.6869B rmax处的场角56.881956.9382填充率/%79.3979.64双饼线圈总体积/cm34270.23990.9磁体体积/cm34811.14482.1超导带材总体积/cm33819.53569.6双饼线圈匝数380502单个双饼线圈所需超导带材长度/m198285磁体所需超导带材总长度/m396037053.2T传导冷却高温超导磁体优化设计流程图如图1所示.遗传算法的控制参数为:种群规模N=80,交叉概率为0.6,变异概率为0.05.将遗传算法优化结果作为起始点,采用序5期王超武等:基于混合算法的传导冷却高温超导磁体的优化设计列二次规划算法进一步寻优,得到最后的最优结果.优化结果见表1所示.为作对比,本文将未采用优化方法所设计的结果同时示于表1. 图2 高温超导磁体结构对比及临界点示意图.(a )磁体设计结构示意图;(b )磁体优化结构示意图优化后的磁体结构及未经优化的磁体结构如图2所示,图中的圆点代表磁体的临界点.由表1可见,高温超导磁体经过优化设计后,其中心磁场和储能都有所提高,同时,磁体体积及高温超导带材总体积减小.磁体的单位储能量提高了9.3%,磁体体积减小了6.84%,超导带材用量减少了6.44%.磁体体积和超导带材用量的减少,可降低磁体制造成本和减少磁体运行时所损耗的电源功率.另外,经过优化后,制造磁体所需双饼线圈的个数大大减少,由20个减为13个,磁体总匝数减少了14.13%.线圈个数和磁体总匝数的大幅度减少,有利于双饼线圈绕制和磁体组装,有利于减少磁体内部的热干扰以提高磁体稳定运行能力.4结 论遗传算法是一种行之有效的优化算法,其对目标函数及约束要求极小,对初始解无可行性要求,具有很强的自适应性、鲁棒性和全局搜索能力.本文结合磁体工程实际问题,针对遗传算法存在的缺陷作了改进,并与局部优化算法序列二次规划法相结合形成一种优势互补的混合算法,并将其应用于3.2T 传导冷却高温超导磁体的优化设计中,得到了一种新的磁体结构.经过对比,可以看出采用此结构的高温超导磁体,不仅能满足磁体的规格及性能要求,又能使高温超导带材用量最小,而且还便于磁体的制造以及有利于提高磁体的稳定运行能力.[1]雷银照编著,轴对称线圈磁场计算,北京:中国计量出版社,1991.[2]陈国良,王熙法,庄镇泉,王东生,遗传算法及其应用,北京:人民邮电出版社,1996.[3]王小平,曹立明,遗传算法理论、应用与软件实现,西安:西安交通大学出版社,2002.[4]樊叔维,汪国梁,谢卫,遗传算法在电力变压器优化设计中的应用研究,中国电机工程学报,16(1996),5.993994 低 温 物 理 学 报 27卷OPTIMIZATION DESIGN OF AC ONDUCTION-C OOLED HTs MAGNET USINGTHE HYBRID GENETIC ALG ORITHM1,2W ANG CH AO 1W ANG Q I U-L IANG1Institute o f E lectrica l Eng inee rin g,Ch inese Aca dem y o f S ciences,Beij ing, 1000802G rad uate School o f the Chine se Aca demy o f S ciences,B eij ing, 100039(Received7April,2005) The genetic algo rithm(GA)is an efficient o ptimal metho d w ith strong a-daptive and glo bal search abilities,but there are also som e limitations of the GA applied to practice,such as poo r local search ability,premature conver-gence,etc..An improved GA is developed to strengthen the search abilityand it is combined with the sequential quadratic prog ram ming(SQP)to fo rma hybrid GA.A conduction-co oled3.2T H TS magnet by using Bi-2223/A gtape is optimized w ith the hybrid GA,a suitable m agne t structure is obtained.Keywords:H TS magnets design,o ptimal m ethods,Bi-2223/Ag tapePACC:0720M,1110L,7470P。
超导磁体的设计与制造指南引言超导磁体是一种利用超导材料的特性来产生强大磁场的装置。
它在科学研究、医学成像、能源等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍超导磁体的设计与制造指南,包括超导材料的选择、磁体结构的设计、冷却系统的设计以及制造过程中的注意事项。
一、超导材料的选择超导材料是超导磁体的核心部分,对磁体的性能有着重要影响。
目前常用的超导材料包括铜氧化物和铁基超导材料。
铜氧化物超导材料具有较高的临界温度和较高的临界电流密度,但其制备工艺复杂,成本较高。
铁基超导材料具有较高的临界温度和较好的可加工性,但其临界电流密度相对较低。
在选择超导材料时,需要根据实际需求权衡各种因素,选择合适的材料。
二、磁体结构的设计磁体结构的设计是超导磁体设计中的关键环节。
一般来说,超导磁体可以采用螺管式结构或扁平线圈式结构。
螺管式结构适用于产生较强的均匀磁场,而扁平线圈式结构适用于产生较强的非均匀磁场。
在设计磁体结构时,需要考虑磁场的要求、磁体尺寸、制造工艺等因素,并进行合理的优化。
三、冷却系统的设计超导材料在低温下才能表现出超导特性,因此超导磁体需要采用冷却系统来保持低温环境。
目前常用的冷却方法包括液氮冷却和制冷机冷却。
液氮冷却是一种成本较低的方法,但需要定期补充液氮。
制冷机冷却是一种更为便捷的方法,但成本较高。
在设计冷却系统时,需要考虑冷却效果、成本、操作便捷性等因素,并选择合适的冷却方法。
四、制造过程中的注意事项在超导磁体的制造过程中,需要注意以下几个方面。
首先,超导材料的制备需要严格控制工艺参数,以保证其良好的超导性能。
其次,磁体结构的制造需要精确控制尺寸和形状,以确保磁体能够正常工作。
此外,冷却系统的制造需要注意密封性和耐压性,以防止冷却液泄漏和系统故障。
最后,在整个制造过程中,需要进行严格的质量控制和检测,以确保磁体的性能和安全性。
总结超导磁体的设计与制造是一项复杂而关键的工作。
合理选择超导材料、设计合适的磁体结构、设计可靠的冷却系统以及严格控制制造过程中的质量控制和检测,都是确保超导磁体性能和安全性的重要因素。
基于电磁力热多场耦合的高温超导储能磁体设计
高温超导储能磁体的设计基于电磁力热多场耦合。
在设计过程中,需要考虑以下几个方面:
1. 超导材料选择:高温超导磁体使用的是高温超导材料,如铜氧化物陶瓷超导材料。
需要选择具有较高临界温度和临界电流密度的超导材料,以提高磁体的性能。
2. 磁体结构设计:磁体的结构需要考虑电磁、力学和热学的多场耦合效应。
磁体设计中的关键问题包括磁场分布和不均匀性、磁场对超导材料的影响、磁体的机械强度和热稳定性等。
3. 冷却系统设计:高温超导磁体需要在低温条件下工作,通常使用液氮或液氦进行冷却。
冷却系统需要考虑磁体的制冷能力、制冷效率和制冷介质的成本等因素。
4. 电流引线设计:磁体中的电流引线需要传输高电流,同时要具备良好的热稳定性和电磁性能。
引线的设计需要考虑导线材料的选择、导线的直径和长度、引线与磁体的连接方式等因素。
5. 绝缘系统设计:磁体的绝缘系统需要保证磁体的电气绝缘性能和机械强度。
绝缘系统设计中需要考虑材料的选择、绝缘层的厚度和结构、绝缘层的耐热性和耐电压性等因素。
通过综合考虑上述因素,可以进行高温超导储能磁体的设计,使其具有较高的磁场强度、较高的磁场稳定性和较长的运行寿命。
超导磁体的电源设计与控制超导磁体是一种应用于科学研究、能源领域和医学诊断的重要设备。
它利用超导材料的特殊性质,在低温下产生强大的磁场。
然而,为了使超导磁体正常工作,电源设计和控制是至关重要的。
一、超导磁体的基本原理超导磁体的基本原理是利用超导材料在低温下的零电阻特性来传输电流。
当超导材料被冷却到临界温度以下时,电流可以在其中无阻力地流动,形成一个稳定的磁场。
这种零电阻特性使得超导磁体具有高效率和高稳定性的特点。
二、电源设计1. 电源类型超导磁体的电源可以分为直流电源和交流电源两种类型。
直流电源适用于需要持续产生稳定磁场的应用,如核磁共振仪器。
交流电源适用于需要调节磁场强度和方向的应用,如磁共振成像仪器。
2. 电源容量超导磁体的电源容量取决于所需的磁场强度和体积。
较高的磁场强度和较大的体积需要更大容量的电源。
因此,在设计电源时,需要根据具体应用的需求合理选择电源容量。
3. 电源稳定性超导磁体对电源的稳定性要求较高。
由于超导材料的零电阻特性,即使微小的电流波动也可能导致超导材料失去超导状态。
因此,电源设计应考虑到电流的稳定性,以确保超导磁体的正常工作。
三、电源控制1. 电流控制超导磁体的电流控制是保证磁场稳定性的关键。
电流控制系统通常包括电流传感器、反馈控制回路和功率放大器。
电流传感器用于监测电流的变化,反馈控制回路将监测到的电流信号与设定值进行比较,并通过功率放大器调节电源输出,以保持电流稳定。
2. 温度控制超导磁体的温度控制也是电源控制的重要组成部分。
由于超导材料的临界温度较低,需要将超导磁体保持在低温环境中。
温度控制系统通常包括冷却设备和温度传感器。
冷却设备可以通过制冷剂或液氮等方式将超导磁体冷却到所需的温度。
温度传感器用于监测超导磁体的温度变化,并通过控制冷却设备来保持温度稳定。
3. 磁场控制超导磁体的磁场控制可以通过调节电流和磁体几何形状来实现。
电流控制可以通过调节电源输出来改变磁场强度。
如何设计高效的超导磁体调控系统引言超导磁体是一种利用超导材料的特殊性质来产生强大磁场的装置。
它在科学研究、医学成像、能源储存等领域具有广泛的应用。
然而,超导磁体的调控系统对于其性能和稳定性至关重要。
本文将探讨如何设计高效的超导磁体调控系统,以提高超导磁体的工作效率和稳定性。
一、超导磁体调控系统的基本原理超导磁体调控系统的基本原理是通过控制超导磁体的电流来调节磁场的强度和方向。
超导磁体通常由超导线圈和电源组成。
电源通过控制超导线圈的电流来实现对磁场的调控。
超导线圈的电流可以通过直流电源或交流电源来提供。
直流电源可以提供稳定的电流,但在调节磁场强度和方向时较为困难。
交流电源可以实现快速调节磁场,但在保持稳定性方面存在一定的挑战。
二、超导磁体调控系统的设计要点1. 选择合适的电源选择合适的电源是设计高效超导磁体调控系统的关键。
直流电源可以提供稳定的电流,但在调节磁场强度和方向时较为困难。
交流电源可以实现快速调节磁场,但需要考虑电源的频率和功率等参数。
2. 优化电源控制算法电源控制算法是超导磁体调控系统的核心。
优化电源控制算法可以提高超导磁体的调节效率和稳定性。
常见的电源控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
3. 提高磁场传感器的精度磁场传感器的精度对于超导磁体的调控非常重要。
高精度的磁场传感器可以提供准确的磁场反馈信号,从而实现精确的磁场调节。
因此,设计高效的超导磁体调控系统需要考虑磁场传感器的选择和校准。
4. 优化超导线圈的结构和材料超导线圈的结构和材料对于超导磁体的性能和稳定性有重要影响。
优化超导线圈的结构和材料可以提高超导磁体的工作效率和稳定性。
例如,采用多层绕组和高温超导材料可以减小超导线圈的体积和功耗。
三、超导磁体调控系统的挑战和解决方案设计高效的超导磁体调控系统面临一些挑战。
首先,超导磁体的电流和磁场具有非线性关系,因此需要设计合适的非线性控制算法。
其次,超导磁体的磁场具有较高的灵敏度,对外界干扰较为敏感。
高温超导实验技术的使用指南一、引言高温超导材料的发现和应用在科学界引起了轰动。
这种材料的特殊性质为我们带来了许多新的实验挑战和机会。
本文旨在向读者介绍高温超导实验技术的使用指南,帮助研究人员更好地利用这一材料进行实验。
二、材料准备高温超导实验的第一步是材料准备。
通常情况下,我们使用氧化物材料作为高温超导材料。
为了制备高质量的样品,我们需要特别注意以下几点:1. 材料纯度:确保使用的材料纯净度高,不含杂质。
这可以通过使用纯化方法,如溶液热处理等来实现。
2. 组分控制:材料的组分是影响其超导性能的关键因素。
精确控制原材料的比例以及相应的反应条件非常重要。
3. 结构优化:在制备过程中,通过烧结或其他方法改善材料的晶体结构和组织,以提高其超导性能。
三、样品制备在获得高温超导材料后,我们需要将其制备成样品以便于进行实验。
以下是一些常见的样品制备方法:1. 固相法:将高纯度的原料粉末按照一定的比例混合均匀,然后经过压制和烧结等工艺制备成块状样品。
2. 工艺优化:通过改变烧结温度、压制压力以及烧结气氛等参数,优化样品的密度和晶体结构。
3. 单晶生长:通过熔融法或化学气相输送法等技术,制备出高质量的单晶样品。
这种方法对于研究材料的晶体结构和物理性质非常有价值。
四、实验装置高温超导性质的研究通常需要使用高灵敏度的实验装置。
下面是一些常见的实验装置和测量技术:1. 磁性测量:采用超导量子干涉仪(SQUID)等设备测量样品的磁性性质,如超导的临界温度和临界电流等。
2. 电阻测量:使用四探针测量法,测量样品的电阻率和超导态的电阻。
3. 结构表征:使用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等技术,研究样品的晶体结构和微观组织。
4. 磁场调控:为了研究高温超导材料在不同磁场下的性质,需要使用强大的超导磁体来提供稳定的磁场。
五、数据分析实验数据的准确分析对于科学研究非常重要。
以下是一些常见的数据分析方法:1. 曲线拟合:通过将实验数据与理论模型进行拟合,在拟合过程中获取参数信息,如超导临界温度和超导的能隙等。
聚焦螺线管超导磁体一、引言螺线管超导磁体是一种重要的电磁设备,广泛应用于医疗、能源、科研等领域。
本文将从超导磁体的基本原理、研究进展、应用前景等方面,对聚焦螺线管超导磁体进行全面深入的探讨。
二、超导磁体的基本原理超导磁体利用超导材料的特性,在低温下实现电流的无阻碍传输,从而产生强大的磁场。
螺线管超导磁体是一种常用的超导磁体结构,其基本原理如下:2.1 超导材料选择螺线管超导磁体通常采用低温超导材料,如铜氧化物超导体、镁二硼超导体等。
这些材料在低温下能够实现零电阻电流传输,从而减少能量损耗。
2.2 磁体结构设计螺线管超导磁体的设计考虑了磁场强度、稳定性、耐久性等因素。
通常采用多层螺线组成的螺管结构,通过合理的绕制方式,使磁场更加均匀且稳定。
2.3 冷却系统超导磁体需要在低温环境下工作,因此需要配备冷却系统。
常用的冷却方式包括液氮冷却和制冷机冷却,确保超导材料能够保持在超导状态。
三、螺线管超导磁体的研究进展螺线管超导磁体的研究一直处于不断发展的状态,取得了许多重要的进展。
以下是一些研究方向的概述:3.1 新型超导材料的研究近年来,科学家们不断寻找新型的超导材料,以提高超导磁体的性能。
例如,铁基超导体具有较高的临界温度和临界电流密度,被认为是超导磁体领域的一个重要突破。
3.2 磁场稳定性的研究螺线管超导磁体在工作过程中需要保持磁场的稳定性,以确保其正常运行。
研究者们通过优化磁体结构、改进冷却系统等方式,提高了螺线管超导磁体的磁场稳定性。
3.3 超导磁体制备技术的研究超导磁体的制备技术对其性能和成本具有重要影响。
研究者们致力于开发新的制备方法,提高超导磁体的制备效率和质量。
3.4 超导磁体应用的研究螺线管超导磁体在医疗、能源、科研等领域有着广泛的应用前景。
研究者们在这些领域探索了超导磁体的新应用,如核磁共振成像、磁悬浮列车等。
四、螺线管超导磁体的应用前景螺线管超导磁体作为一种重要的电磁设备,具有广阔的应用前景。
超高温超导材料的设计与制备超高温超导材料的设计与制备一直是材料科学领域的重要研究方向之一。
超高温超导材料具有许多独特的物理性质和广泛的应用前景,尤其是在能源传输和储存、电动汽车、高性能计算和磁共振成像等领域。
在超高温超导材料的设计和制备方面,有几个重要的考虑因素。
首先,超高温超导材料需要具备较高的临界温度,即超导转变温度。
临界温度越高,材料在超导状态下的电流传输能力越强,能够应对更高的温度环境。
其次,材料还需要具备良好的超导电性能,包括零电阻和完全内部磁场排斥。
最后,超高温超导材料的制备方法需要是可行的、可扩展的,并且材料结构应该是稳定的和可控的。
目前,科学家们已经成功合成了一些具有较高临界温度的超高温超导材料,如钇系铜氧化物(YBCO)和铁基超导体等。
这些材料的设计和制备通常是通过粉末冶金方法,包括固相反应、热压和退火等步骤。
这些方法在材料研究领域已经有很长的历史,能够提供相对简单、可控的制备途径。
然而,这些材料的超导性能仍然存在一些限制,如临界温度较低、载流能力不够强和化学稳定性较差等。
为了克服这些限制,近年来,科学家们提出了许多新的超高温超导材料的设计思路和制备方法。
其中一种方法是基于金属氧化物界面的设计和制备。
通过精确控制金属氧化物界面的结构和化学组成,可以调节材料的电子结构和超导性能。
这种方法可以使材料具备更高的临界温度和更好的超导电性能,并且可以通过调节不同金属氧化物界面来实现不同温度范围内的超导转变。
然而,这种方法的制备工艺相对复杂,需要高度纯净的材料和精确的界面控制技术。
另一种方法是基于高压合成的设计和制备。
通过在高压下合成材料,可以调节材料的晶体结构和晶格参数,从而影响材料的电子结构和超导性能。
高压合成方法具有很高的制备温度和压力的要求,但可以获得非常复杂和优异的结构。
例如,通过高压合成的碳化硼(BC3)材料,提供了极高的临界温度和出色的超导电性能。
然而,高压合成的制备条件要求极高,制备过程相对较为困难。
低温与超导 第44卷第3期 本期头条
Focus Cryo.&Supercond
Vo1.4J4 No.3
单螺线管型高温超导磁体的设计与优化 朱晓辉 ,王海云 ,刘胜利 (1.南京邮电大学电子科学与工程学院,南京,210003;2.南京大学(苏州)高新技术研究院,苏州,215123) 摘要:高温超导带材的各向异性严重制约着超导磁体可运行临界电流的提高,从而影响着磁体的性能。因此, 电磁优化设计在高温超导磁体设计中占据着至关重要的位置。主要采用有限元软件对磁体建模仿真,根据磁体磁 场的分布,采用多种带材绕制磁体,进行设计优化。结果表明,在相同体积的有效带材基础上,优化之后的临界电 流明显提高,储能量提升了约22%;同时,在计算磁体的可运行临界电流时,采用了多次仿真、迭代计算的方式求解 磁体的可运行临界电流。这种方法在仿真阶段可直接求解出磁体的临界电流,计算较为方便,而且获取的是实时 运行的临界电流,更符合实际情况。 关键词:各向异性;运行临界电流;磁体仿真;磁体优化 DOI:10.1671 1/j.1001—71O0.2016.03.001
Design and optimization of single—-solenoid HTS magnets Zhu Xiaohui ,Wang Haiyun ,Liu ShenSi (1.Nanjing University of Posts and Telecommunications ,Nanjing 210003,China; 2.Nanjing University(Suzhou)High—Tech Research Institute ,Suzhou 215123,China) Abstract:The anisotropy of HTS tapes seriously restricts the increase of superconducting magnetg crifie ̄current,affecting the performance of the magnet.Therefore,the electromagnetic optimization occupies a crucial position in the design of high ten— perature superconducting magnet.In this paper,we used the simulation software of finite element to model for magnetic,and then optimized magnet by adopting a variety of strip to wind the magnets according to the distribution of magnetic field.The result shows that the critical current of magnets is improved significantly and the stored energy is increased by 22%on the basis of same effective volume.Meanwhile,when calculating the magnetg critical current,we simulate for some times to solve directly the criti- cal current.This method is more convenient,the critical current is real—time and satisfies the reality. Keywords:Anisotropy,Critical current,Simulation,Magnet optimization
1 引言 21世纪进入了能源高消耗时代,能源利用率 开始得到了重视,目前在抽水储能、飞轮储能、蓄 电池储能、超导磁体储能和压缩空气储能等常见 几种储能方式…中,超导磁储能系统(Supercon. ducting Magnetic Energy Storage,SMES)以其高效 的转换率、高通流密度和几乎零电阻损耗等优势 得到了关注。如在电网中,它能快速实现功率调 节、功率因数校正有功和无功功率的补偿,改善电 网电能质量_2 ;同时它在微网储能设备中,也进 步得到广泛应用。
超导磁储能系统的关键在于超导磁体的设计 与优化,磁体的设计首先要确定磁体结构,计算磁 体的可运行临界电流,然后采用合理的方案去优 化,最终改善磁体性能。超导带材的电流密度很 大,但由于高温超导带材各向异性,严重限制了磁 体的可运行临界电流,降低了磁体的储存能量和 带材的使用经济性;同时,在求解磁体的可运行临 界电流时,缺乏一个完备的软件直接求解。通常 的求解方法是通过作图寻找超导带材临界电流曲 线和励磁曲线的交点 j,从而确定理论的可运行 临界电流。但是,这种方法对于多种带材绕制的 磁体,需要采集磁体中很多点的励磁曲线,工作量
收稿日期:2016—12—21 基金项目:江苏省自然科学基金青年基金(BK20130376)、苏州市科技局纳米技术专项基金(ZXG201444)资助。 作者简介:朱晓辉(1990一),男,研究生,主要从事超导应用研究。 2· 本期头条 Focus 第3期 大、过程复杂,为实际操作带来诸多不便。 近些年磁体优化的文章表明 ,磁体优化 设计的主要思路是针对受磁场影响而导致临界电 流降低的部分,采取一些措施,去优化磁体的性 能,达到优化的目的。如:(1)改变磁体结构,使 磁体磁场变化;(2)增大磁体最坏处带材的通流 能力;(3)减小影响带材电流密度最坏点处的磁 场分量。本文主要结合后两种方法,通过有限元 软件对单螺线管建模仿真,根据具体的磁体磁场 分布,灵活使用多种带材绕制磁体,进行磁体优化 设计,以期提高可运行临界电流。此外,对于临界 电流的计算,则主要采用磁场仿真、迭代计算的方 式,从而使过程简化,简单易行。
2磁体临界电流计算 超导磁体的可运行临界电流受到磁体磁场的 影响,磁体磁场的分布不均匀直接导致了磁体的 各个部分所允许的可运行临界电流的不同,其中 最小的电流值即为磁体的可运行临界电流。在求 解磁体某部分的临界电流时,首先可以通过磁体 仿真获得其磁场分布,然后由磁场矢量值计算出 该部分的临界电流值。所以关键是拟合出不同带 材的磁场与临界电流的函数关系,拟合过程 首先要对超导带材临界电流密度特性曲线取值采 样,然后对采样点数据处理,将电流密度值变为电 流值,最后根据拟合函数模型进行计算。 超导带材的各向异性表现为临界电流密度特 性曲线,是临界电流密度与磁场和带材夹角0的 函数,下图1分别为BSCCO和YBCO在温度为 20K时的临界电流特性曲线 J。 U 20 40 60 80 (临界电流密度与磁场和带材夹角0关系图) 图1 BSCCO超导带材和YBCO超导带材的临界电流特 性曲线 Fig.1 The critical current CHIVe of BSCCO and YBCO sn— perconducting tapes 由图1可见,BSCCO带材临界电流密度随磁 场B与带材表面的夹角0的增大而下降,当0为 90度时,电流密度减为最小,而YBCO带材临界 电流密度特性函数显示,它的临界电流密度在0 为4O度左右时,临界电流密度衰减到最小。因 此,对于BSCCO带材,我们在0为9O度夹角处进 行磁场值与临界电流密度的采样;而对YBCO超 导带材则应在0为40度夹角处进行采样,并对取 得的采样点进行数据处理,然后就可以拟合出各 向异性下超导带材的临界电流和磁场大小的函数 关系。下面分别对BSCCO一2223带材(截面为 4.5ram×0.36mm)和YBCO带材(截面为4.8mm ×0.2mm)的临界电流特性曲线进行数据采样和 数据处理,得到的临界电流值和磁场值的采样如 下表1所示: 表1 临界电流特性曲线采样数据 Tab.1 The sampling data from critical current cul-ve
对于高温超导带材,由文献[7]可知,负指数 函数,= +c的变化曲线能很好地反映临界 电流和外磁场大小之间的关系,通过计算,得到上 述两种带材的拟合函数关系式分别为:
8 6 4 2 O 8 6 4 1 1 1 l l O O 0 第3期 超导技术 Superconductivity ·37· 参考文献 [1]Mitchell N,Devred A,Libeyre P,et a1.ITER magnets: Design and construction stauts[J].IEEE Transaction on Applied Superconductivity,2012,22:4200809. [2]Devred A,Backbier I,Bessette D,et a1.Challenges and status of ITER conductor production[J].Superconductor Science and Technology,2014,27:044001.
[3]张远斌,宋云涛,武松涛,等.ITER超导母线结构设计 与分析[J].低温与超导,2005,33:14—17. [4]Feng J.A cable twisting model and its application in CSIC multi—stage cabling structure[J].Fusion Engi- neering and Design,2009,84:2084—2092. [5]Qin J,Wu Y.A 3D numerical model study for supercon. ducting cable pattern[J].Fusion Engineering and De— sign,2010,85:109—114.
(上接5页) 提高磁体运行电流,多次仿真,迭代计算获取 磁体可运行临界电流,仿真结果、计算过程如下 表5: 表5磁体临界电流迭代计算数据 Tab.5 The iteration data of magnets critical current
结果显示:优化后的磁体可运行临界电流约 为136A(精度为整数),对应磁场储能约为65. 81kJ。由此可以看出:根据磁场分布,采用多种带 材优化的磁体虽然最终的电感值有所降低,但可 运行的临界电流却明显提高,采用相同有效体积 的带材,储存的能量提高了约22%。