【摘要】：交流損耗是高溫超導(dǎo)磁體動態(tài)運行中的主要熱源,其大小和分布直接影響超導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性�？焖佟蚀_地評估超導(dǎo)磁體在動態(tài)運行中的交流損耗,有助于確定磁體安全運行電流區(qū)間和變化率,優(yōu)化磁體的結(jié)構(gòu)和低溫系統(tǒng)參數(shù),降低動態(tài)運行時的熱損耗,提高的超導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性,降低失超保護裝置的壓力。超導(dǎo)磁體交流損耗的實時評估十分重要,但由于實際工程應(yīng)用中,超導(dǎo)磁體一般規(guī)模較大,目前交流損耗計算中應(yīng)用廣泛的有限元方法計算量大、計算速度慢,難以對超導(dǎo)磁體交流損耗進行實時評估。本文提出了一種可以快速計算交流損耗的多尺度建模方法,通過一系列改進型的背景磁場估算方法提高了多尺度模型的準確度,在此基礎(chǔ)上,建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交流損耗快速評估模型。具體工作內(nèi)容如下:(1)介紹了多尺度模型的基本思想和傳統(tǒng)多尺度模型的建模方法,歸納了其背景磁場估算方法——均勻電流密度法的原理,利用多尺度模型計算了單螺管高溫超導(dǎo)線圈的交流損耗,對比分析了多尺度模型、均質(zhì)化模型與H方程模型。(2)闡述了改進多尺度模型背景磁場估算方法的思路,提出了一系列改進型背景磁場估算方法,給出了其建模流程,以H方程模型的計算結(jié)果為參考,分析對比了不同背景磁場估算方法在計算速度、準確度、適用范圍等方面的特點。(3)開發(fā)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的交流損耗實時預(yù)測工具,采用多尺度模型構(gòu)建了150kJ高溫超導(dǎo)磁體在不同運行工況下的交流損耗數(shù)據(jù)庫,得到了超導(dǎo)磁體交流損耗與運行工況的映射關(guān)系,利用該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測了新工況下的交流損耗。以均質(zhì)化模型為參考,驗證了該模型的準確性與適用性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM26
【圖文】：

圖 1-1 超導(dǎo)磁體熱穩(wěn)定性示意圖本文將研究一種速度快、準確度高的超導(dǎo)磁體交流損耗預(yù)測模型，該模型結(jié)合了有限元仿真方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，能夠快速準確地評估超導(dǎo)磁體在動態(tài)運行中的交流損耗。理論上，該模型可以預(yù)測高溫超導(dǎo)磁體的電磁特性以及任意電流波形下的交流損耗，從而預(yù)測超導(dǎo)磁體安全的電流運行區(qū)間和變化率，有助于冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，降低運行中的熱損耗，提高超導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。交流損耗大小受磁體參數(shù)、運行電流、溫度和材料屬性等諸多因素的影響，目前常用的傳統(tǒng)交流損耗有限元仿真計算方法需要對具體運行工況進行建模與仿真計算，計算速度極慢，難以達到快速評估磁體在不同狀態(tài)的交流損耗的要求，快速的交流損耗評估方法在超導(dǎo)磁體優(yōu)化設(shè)計，熱穩(wěn)定性實時評估方面發(fā)揮著重要作用。交流損耗的快速評估方法在超導(dǎo)磁體的失超保護過程中也有重要用途。失超保護直接關(guān)系著超導(dǎo)磁體的穩(wěn)定性，其主要作用是防止超導(dǎo)磁體中正常態(tài)區(qū)域的出現(xiàn)

r00r圖 2-2 超導(dǎo)單螺管線圈二維軸對稱多尺度模型示意圖結(jié)果分析驗證采用均勻電流法估算背景磁場的多尺度模型的準確性和適用性，本文四雙餅的單螺管超導(dǎo)磁體為研究對象，分別利用傳統(tǒng)的 H 方程模型，均質(zhì)多尺度模型計算該磁體在不同的運行電流下的交流損耗情況。該超導(dǎo)磁體餅線圈組成，每個單餅線圈由 100 匝超導(dǎo)帶材繞制而成，共 100×8 匝。螺管線圈的旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)，采用二維軸對稱模型進行仿真分析，模型示 2-2 所示。為了比較不同模型的特點，同時考慮到 H 方程應(yīng)用較為廣泛，也得到很多理論與實驗的證明[53-59]，所以在結(jié)果分析的過程中，采用傳統(tǒng)計算結(jié)果作為參考。線圈采用 Super Power 公司生產(chǎn)的型號為 4050 的材進行繞制，磁體的工作溫區(qū)設(shè)置在 77K，相應(yīng)的磁體參數(shù)和帶材參數(shù)均

i1 1223(a)超導(dǎo)帶材分布與編號示意圖, (b) 邊緣處電流單元, (c) 中間處電流單元 所示，抽樣帶材在圖中已被標出，指定圖中虛線框內(nèi)的超導(dǎo)帶材為，在每一個電流單元中，只有一根抽樣帶材，每根抽樣帶材的左側(cè) 5 根非抽樣帶材，位于線圈模型邊緣的電流單元只有單側(cè)存在非抽單元細節(jié)如圖 2-6（b）、（c）所示，其中（b）為處于線圈邊緣的電為處于線圈中部的電流單元。在一個電流單元中，所有非抽樣帶材該電流單元中的抽樣帶材保持一致，所有非抽樣帶材的交流損耗由帶材插值得到。抽樣帶材的抽樣密度取決于計算準確度要求和速度次建模計算，反復(fù)對比，對于一個百匝量級的超導(dǎo)線圈，抽樣帶材根非抽樣帶材，這樣的抽樣密度能同時兼顧計算精度和計算時間要

【參考文獻】

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本文編號：2743313