文档介绍：中国科学院电工研究所
硕士学位论文
Bi系高温超导磁体的电磁设计研究
姓名:王超
申请学位级别:硕士
专业:电工理论与新技术
指导教师:王秋良
20050501
摘要用于高温超导磁体优化设计的新型方法——连续分离遗传序列二次规划法。此方整个磁体设计包括满足特定磁场分布的磁体电磁结构设计,磁体的稳定性、磁体失超保护、磁体支撑及机械设计和磁体工艺等方面。本论文主要进行系高温超导磁体的电磁设计及相关优化程序包的编制,同时对高温超导磁体进行研制及测试分析。如何确定超导磁体参数使其在满足规格及性能要求的情况下尽量减小体积,提高超导材料的利用率,降低制造成本和运行成本是一个复杂的电磁优化问题。本论文在大量文献调研的基础上,对在高温超导磁体优化设计中所采用的优化方法做了比较,发现单独靠某一种算法去优化高温超导磁体都会存在着各自的缺陷。因此,本文发展了由遗传算法、序列二次规划算法模拟退火算法有机结合而形成的优势互补的混合算法来进行高温超导磁体的电磁结构优化。为提高混合算法中所涉及的遗传算法的寻优性能,并结合高温超导磁体优化过程中的实际问题,本文对遗传算法做了很多改进。通过测试函数及高温超导磁体优化的结果,证明了该混合算法具有很好的寻优性能和收敛速度。结合优化算法和高温超导带材的电磁特性,、磁体的储能、磁体的安全因子、磁体磁场的汁算、磁场均匀度等等编写了完整的高温超导磁体电磁结构优化设计程序包。果用此程序包,对多种规格要求的高温超导磁体进行了优化设计。通过对高温超导磁体优化前后结果的对比,可以看出优化算法在磁体设计中所起另外,将连续分离思想与遗传算法、序列一次规划算法相结合,提出了一种法不需要预先定义磁体的结构形状,也就是浼该优化方法不仅仅是对磁体几何参数的优化,而且是对整个磁体拓扑结构的优化。该方法具有与遗传算法、模拟退火算法和序列二次舰划算法的不同之处。最后,论文阐述了特斯拉高温超导磁体的研制以及与之相关的各种实验关键词:高温超导磁体,一/高温超导带材,优化设计,遗传算法序列二次规划算法,模拟退火算法中国科学院电芯克妒垦宦畚的极其重要淖饔谩及结果分析。
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第一章绪论课题的背景和意义近几十年来,超导磁体科学技术快速发展,它在工业、医疗器械、大科学工程,能源和交通运输、电力工业和国防领域等等方面获得了广泛的应用。与常规磁体相比,超导磁体有更好的经济性和运行特性,而且在一些条件下,超导磁体是唯一可取的方案”“。超导磁体的电流密度比常规磁体高,一般可大个数量级,同时它不需要铁芯,重量可减轻卜鍪考叮寤哺舸眨撼磁体可以在大空问获得比常舰磁体高得多的磁场;可以在一定空间可达到很高的磁场梯度;能提供常规磁体所无法达到的磁场稳定性。另外,超导磁体没有焦耳热损耗,其耗能主要用于维持低温环境上,与常规磁体相比,耗电量可小个数量级,如果超导磁体采用超导开关进行闭环运行,耗能还将进一步降低。超导磁体分低温超导磁体和高温超导磁体。与低温超导磁体相比,高温超导磁体运行温度高,低温系统简单,运行费用低,温度裕度大,稳定性好,尤其在低温强场下,具有低温超导磁体所不可比拟的优越性。由于小型制冷机技术的突破和高温超导电流引线的出现,近十来年传导冷却超导磁体技术得到了快速发展,目前传导冷却磁体在很多应用领域已经或正在取代浸泡冷却磁体“⋯。直接用制冷机来冷却超导磁体,可以极大的简化系统的复杂性,使系统紧凑并避免使用液氦带来的问题,这类系统在有电力供应的地方即能使用。但低温超导磁体采用传导冷却时,在交流情况下要达到稳定运行是十分困难的,因为材料在低温下的热导率很小,从而在磁体内部温度梯度太大导致磁体失超。而且,现行的制冷机在奈露认陆鼋瞿芄惶峁~瓦左右的制冷量。另一方面,高温超导装置运行于较高的温度拢耸辈牧系娜鹊悸屎捅热榷继岣吡耍馐得装置的稳定性问题容易得以解决。在运行温度大于等于保檬涤玫牡级机也能够提供数十瓦的冷量。这样高温超导磁体就有可能承受因交流谐波或快速励磁产生的更大的热负荷。同时较高的运行温度可简化低温容器的设计和减少制造费用由于高温超导磁体的优越性,高温超导磁体技术的工业和实验室应用得到了较快的发展。例如在同本、澳大利亚和美国.『诨ǹU垢呶鲁即欧掷胗τ中国科学院电工研究所硕士学位论文
转变明显:高温超导体临界电流在颓看懦√跫录负醪凰娲懦≡黾樱海撼于工业污水处理、高岭土提纯和加工业等等。高温超导材料和低温制冷技术的发展为高温超导磁体技术的工业应用提供了必要的条件,特别是制冷机直接冷却高温超导磁体技术的发展为超导磁体技术的工业应用提供了较为美好的前景。用系带材绕制的高温超导磁体,首先在以下几个方