高温超导环型储能磁体的电磁结构分析与研究

发布时间：2017-10-03 12:42

  本文关键词：高温超导环型储能磁体的电磁结构分析与研究

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【摘要】：现今世界能量消耗巨大,寻找并使用新能源迫在眉睫。大容量,稳定的超导磁储能由此成为万众瞩目的研究焦点。超导磁体作为储能系统的核心部分,有螺管型,环型和组合型三种基本类型。随着电力工业的迅速发展,储能量为兆焦级的大容量环型磁体已越来越多的被设计研究。由于超导磁体运行在大电流下会产生一定的漏磁场以及大的电磁力,这对磁体周围的设备以及人身安全,甚至磁体本身都有较大危害。环型磁体的复杂结构特性对环型磁体本身的磁场和电磁力造成很大影响。因此,探讨环型磁体的结构与漏磁大小和应力分布的关系规律将有重要的技术和经济意义。本文首先给出课题的研究背景及意义,接着对超导的基本性质及超导磁储能系统的构成和原理进行介绍,然后对环型磁体的国内外研究现状进行说明。其次,给出环型磁体线圈的磁场分析理论基础。详细分析环型磁体的单元线圈和整体模型的磁场分布情况,并对有限元法和ANSYS有限元分析软件进行介绍。再次,利用ANSYS有限元软件对储能量为1MJ的单元线圈数目为4的环型磁体进行漏磁场仿真,分析不同结构参数下的漏磁分布情况。具体包括分析环型磁体结构,选取超导带材,建立磁体模型,剖分网格,计算和加载电流密度,求解磁体在不同的结构参数取值下的漏磁场。根据仿真结果分析磁体的磁感应强度分布规律,给出磁体在不同半径及高度参数时漏磁场的规律变化图。然后,利用顺序耦合法进行磁体的电磁结构耦合分析,探讨环型磁体的结构参数与应力分布的关系。具体包括磁体的受力分析,支撑结构材料的选取,磁体和支撑结构模型的建立,网格剖分及电磁力文件的加载,最终求解得到结构参数不同时的应力分布。根据仿真结果分析磁体的危险区域,给出磁体半径及高度变化时应力分布的规律。最后,对磁体进行结构优化分析。将拥有较小漏磁和应力的结构参数进行组合,得到若干方案,对若干组方案进行漏磁和应力的仿真,对比分析磁体结构参数与漏磁场,应力分布的关系,得出较好方案和期望结果。
【关键词】：高温超导环型储能磁体 漏磁场 电磁结构 ANSYS有限元仿真
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM26
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 超导体的基本性质10-11
• 1.2.1 超导态与临界参数10
• 1.2.2 超导体的分类10-11
• 1.3 超导磁储能系统简介11-12
• 1.4 高温超导环型储能磁体的研究现状12-13
• 1.5 论文主要研究内容及章节安排13-14
• 2 高温超导环型储能磁体的磁场理论分析14-21
• 2.1 环型磁体单元线圈磁场的理论分析14-17
• 2.2 环型磁体磁场分布的理论分析17-19
• 2.3 有限元分析方法与ANSYS软件19-20
• 2.3.1 有限元分析方法简介19-20
• 2.3.2 ANSYS有限元软件介绍20
• 2.4 小结20-21
• 3 高温超导环型储能磁体的漏磁场分析21-36
• 3.1 环型磁体结构与高温超导带材的选择21-23
• 3.1.1 环型磁体的结构分析21
• 3.1.2 环型磁体超导带材的选择21-23
• 3.2 磁体几何模型的建立23-25
• 3.3 网格剖分与电流密度的加载25-28
• 3.3.1 环型磁体的网格剖分25-27
• 3.3.2 环型磁体电流密度的计算和加载27-28
• 3.4 环型磁体在不同结构参数下的漏磁场仿真分析28-35
• 3.5 小结35-36
• 4 高温超导环型储能磁体的电磁结构耦合分析36-45
• 4.1 环型磁体的耦合分析方法和磁体受力分析36-38
• 4.1.1 磁场和结构场耦合分析方法的确定36
• 4.1.2 环型磁体受力分析36-38
• 4.1.3 应力以及支撑结构材料的判定标准38
• 4.2 磁体支撑结构材料的选择38-39
• 4.3 带有支撑结构的环型磁体几何模型的建立39-40
• 4.4 网格剖分与电磁力的加载40-41
• 4.5 环型磁体在不同结构参数下的耦合仿真分析41-44
• 4.6 小结44-45
• 5 高温超导环型储能磁体的电磁结构优化分析45-56
• 5.1 不同参数组合方案的磁场仿真45-48
• 5.2 不同参数组合方案的耦合仿真48-52
• 5.3 磁体结构参数方案的优化对比分析52-55
• 5.4 小结55-56
• 结论56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 攻读学位期间的研究成果62

【参考文献】

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本文编号：965285