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应用超导磁体电磁优化

作　者: 孙铮
导　师: 唐跃进
学　校: 华中科技大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 超导储能磁体 MgB2 ANSYS 有限元多螺管电磁设计优化
分类号: TM265
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

近年来超导磁体已经获得迅速发展,已经在超导发电机、超导变压器、超导电缆、超导限流器以及超导磁储能系统等领域获得广泛应用。因为它与常规的磁体相比,有更好的经济性和运行特性,而且在一些条件下,超导磁体是唯一的可取方案。基于超导磁体的诸多优点和在特定条件下不可替代的优势,对于超导磁体的设计,制造工作也在国内外竞相展开。首先,本文介绍了磁体设计中的磁场理论研究和广泛应用于电磁领域的有限元分析软件ANSYS,并以单螺管磁体为例论证了ANSYS用于电磁场计算的可靠性。然后,对于新型超导材料MgB2论证了其用于磁体制备的可行性。借用模拟退火算法和遗传算法的思想,结合ANSYS优化工具,针对MgB2超导材料的特性进行了35kJ储能磁体优化设计,得到一种新颖的磁体结构。最后,由于螺管型磁体会出现较强漏磁场,会对其在工程中的应用带来的不便,本文介绍了几种磁屏蔽的方法,并以六螺管轴线式磁体为例分析了几何尺寸对磁体电磁特性的影响。针对工程实际中可能的应用,分别以两个不同的优化目标,对二螺管、四螺管、六螺管轴线式磁体进行了优化设计。传统的磁体设计依靠电磁场基本理论,计算中引入大量的公式,过程繁琐而且误差较大,本文将ANSYS有限元分析软件应用于磁体设计,使磁体的设计优化工作更加简洁、结果更加准确可靠。所以,本课题中所研究的基于有限元分析的超导储能磁体设计方法具有简明、准确、可行的特点,具有较强的实用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 超导磁体的优点  8-9
  1.2 超导磁体在电力领域中的应用  9-13
  1.3 国内外研究现状  13-14
  1.4 论文的主要内容及章节安排  14-16
2 超导磁体磁场计算  16-35
  2.1 电磁场分析基础  16-21
  2.2 基于ANSYS 的有限元分析  21-25
  2.3 优化算法  25-31
  2.4 单螺管磁体磁场仿真分析  31-34
  2.5 小结  34-35
3 MgB_2 超导储能磁体电磁优化  35-46
  3.1 MgB_2 材料特性及制备工艺  35-39
  3.2 MgB_2 制备超导磁体可行性研究  39-41
  3.3 MgB_2 超导储能磁体设计及优化  41-45
  3.4 小结  45-46
4 多螺管超导储能磁体特性分析  46-62
  4.1 多螺管磁体储能系统电磁计算基础  46-51
  4.2 轴线平行式多螺管超导磁体电磁分析  51-58
  4.3 不同优化目标的轴线平行式多螺管磁体优化设计  58-61
  4.4 小结  61-62
5 全文总结  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  68

应用超导磁体电磁优化

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