超导线圈在脉冲电压作用和失超情况下的电压分布

论文摘要

超导磁体的应用非常广泛,可用于电力、材料、军工武器装备及生物医学工程等各个行业。超导线圈是超导磁体系统的核心部件,它在目前进行的运行研究中可能会出现内部绝缘损坏烧毁的事故。目前普遍认为超导线圈大部分的故障都是由导线的失超或其他偶然事故造成的过电压导致的。因而研究超导线圈在外部脉冲电压作用及失超后的电压分布特性有重要意义,可以为超导线圈的绝缘设计提供依据。本文就一种典型的低温超导线圈,针对其在遭受外部脉冲电压作用及失超后的特点分别建立模型,并验证模型的正确可用性,分析计算线圈匝间、层间、对地绝缘上可能承受的最大电压及相应的电压分布。结合超导线圈匝数很多的特点,参考变压器线圈的模型,建立了以匝为单元的超导线圈等效电路模型。再以若干匝为求解单元得到简化的电路模型,并验证了算法的可行性。然后求解超导线圈在脉冲电压作用下的暂态响应,确定线圈内部绝缘可能承受的最大电压及相应的电压分布,为超导线圈的绝缘设计提供依据。对于失超后超导线圈内部电压分布的分析,首先建立了将每匝线圈分成若干小方块的结构模型,确定各时间间隔内每个单元的温度、电阻等物理量。计算超导线圈分别在不同位置失超后温度、电压等各特性参数的变化情况,并分析线圈内部电压的分布趋势及匝间电压、层间电压的变化规律。了解超导线圈可能承受的过电压,可以为线圈的绝缘设计提供重要的依据。同时也为采取有效的保护措施防止超导磁体在失超后产生过电压提供理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 超导磁体在电力系统的应用及其电压分布的研究概况
• 1.2.1 超导磁体在电力系统的应用及发展
• 1.2.2 超导线圈电压分布的研究
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 超导线圈计算模型的建立
• 2.1 脉冲电压作用下线圈模型的建立
• 2.1.1 模型的建立
• 2.1.2 模型的简化及求解
• 2.1.3 模型的验证
• 2.2 失超后线圈模型的建立
• 2.2.1 模型建立及编程思路
• 2.2.2 算法验证
• 2.3 本章小结
• 第3章 脉冲电压作用下磁体线圈的电压分布
• 3.1 参数的求解
• 3.2 仿真结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 失超后磁体线圈的电压分布
• 4.1 用于失超计算的基本参数
• 4.2 计算结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢