单螺线管型高温超导磁体的设计与优化

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1、低温与超导本期头条Cryo．＆Supercond第44卷第3期FocusVo1．4J4No．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

2、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：10．16711／j．1001—71O0．2016．03．001Designandoptimizationofsingle—-solenoidHTSmagnetsZh

3、uXiaohui，WangHaiyun，LiuShenSi(1．NanjingUniversityofPostsandTelecommunications，Nanjing210003，China；2．NanjingUniversity(Suzhou)High—TechResearchInstitute，Suzhou215123，China)Abstract：TheanisotropyofHTStapesseriouslyrestrictstheincreaseofsuperconductingmagne

4、tgcrifie~current，affectingtheperformanceofthemagnet．Therefore，theelectromagneticoptimizationoccupiesacrucialpositioninthedesignofhighten—peraturesuperconductingmagnet．Inthispaper，weusedthesimulationsoftwareoffiniteelementtomodelformagnetic，andthenoptimiz

5、edmagnetbyadoptingavarietyofstriptowindthemagnetsaccordingtothedistributionofmagneticfield．Theresultshowsthatthecriticalcurrentofmagnetsisimprovedsignificantlyandthestoredenergyisincreasedby22％onthebasisofsameeffectivevolume．Meanwhile，whencalculatingthem

6、agnetgcriticalcurrent，wesimulateforsometimestosolvedirectlythecriti-calcurrent．Thismethodismoreconvenient，thecriticalcurrentisreal—timeandsatisfiesthereality．Keywords：Anisotropy，Criticalcurrent，Simulation，Magnetoptimization1引言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

7、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21世纪进入了能源高消耗时代，能源利用率化，最终改善磁体性能。超导带材的电流密度很开始得到了重视，目前在抽水储能、飞轮储能、蓄大，但由于高温超导带材各向异性，严重限制了磁电池储能、超导磁体储能和压缩空气储能等常见体的可运行临界电流，降低了磁体的储存能量和几种储能方式⋯中，超导磁储能系统(Supercon．带材的使用经济性；同时，在求解磁体的可运行临ductingMagneticEnergyStorage，SMES)以其高效界电流时，缺乏

8、一个完备的软件直接求解。通常的转换率、高通流密度和几乎零电阻损耗等优势的求解方法是通过作图寻找超导带材临界电流曲得到了关注。如在电网中，它能快速实现功率调线和励磁曲线的交点j，从而确定理论的可运行节、功率因数校正有功和无功功率的补偿，改善电临界电流。但是，这种方法对于多种带材绕制的网电能质量_2；同时它在微网储能设备中，也进磁体，需要采集磁体中很多点的励磁曲线，工作量一步得到广泛应用。收稿日期：2016—12—21基金项目：江苏省自然科学基