MJ級高溫超導儲能磁體機械特性研究.pdf

1、隨著以YBCO為代表的第二代高溫超導材料制備技術及工藝的日趨成熟，高溫超導帶材性能也不斷提高，同時其價格逐步降低，為高溫超導磁體的實際應用提供了更加廣闊的前景，因為高溫超導儲能系統(tǒng)相比于低溫超導儲能系統(tǒng)的運行溫度更高，能很大程度上減小制冷系統(tǒng)的復雜程度以及制冷成本。相比于BSCCO帶材，YBCO各向異性弱，在液氮溫區(qū)和高磁場下有更好的載流性能，是設計中大型儲能磁體的良好選擇。而單根帶材的載流能力有限，設計中大型儲能磁體時通常為了保證磁體

2、電感不能太大而增加磁體響應時間需要使用多根超導帶材復合而成的帶材。儲能磁體的設計需要綜合考慮電磁特性、機械特性、熱穩(wěn)定性等才能保證磁體的工作性能。本文基于不同復合導體對儲能磁體進行了設計和優(yōu)化，分析了平衡狀態(tài)下磁體的機械特性，提出了磁體結(jié)構加強措施，主要工作如下:
　　首先，本文介紹了基于YBCO材料的高溫磁體設計中的磁場、電磁力以及應力應變的計算方法，介紹了商用有限元分析軟件ANSYS，重點介紹了其強大的電磁-結(jié)構耦合功能，提出

3、了磁體設計及其相關問題的處理途徑，為磁體設計工作提供了一個基礎參考。
　　其次，分析了幾種不同類型帶材和復合導體用于繞制高溫超導儲能磁體的可能性及其優(yōu)劣，設計了由四層YBCO帶材組成的CORC型復合導體，根據(jù)已有數(shù)據(jù)計算得到了該導體的I-B曲線。
　　第三，以磁體的電磁設計為核心，以節(jié)約超導材料和減小電磁力為目標進行了磁體的設計和優(yōu)化。利用MATLAB優(yōu)化工具箱和ANSYS磁場計算模塊聯(lián)合優(yōu)化的方式，給出了基于ROEBEL導