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电磁热耦合作用下缺陷超导体的力学行为研究

低温与超导 2022年第11期50卷 8-14,25页

作者：姜峰侯家宝周文海梁瑞兰州理工大学石油化工学院兰州730050 西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州大学兰州730000

超导体在制备和降温时会出现孔洞缺陷或裂纹,从而影响超导体的安全可靠性与力学稳定性。基于H法有限元模型求解了带有椭圆孔缺陷的圆柱状超导体在电磁热耦合作用下的力学行为。研究表明,电磁体力在缺陷尖端出现局部增强,在缺陷非尖端附... 详细信息

超导体在制备和降温时会出现孔洞缺陷或裂纹,从而影响超导体的安全可靠性与力学稳定性。基于H法有限元模型求解了带有椭圆孔缺陷的圆柱状超导体在电磁热耦合作用下的力学行为。研究表明,电磁体力在缺陷尖端出现局部增强,在缺陷非尖端附近出现拉压共存,主要是因为缺陷影响了感应电流的分布;相比于圆孔缺陷的应力集中情况,椭圆孔缺陷处的径向应力和环向应力都有非常显著的集中现象,且其缺陷附近的环向应力曲线更为陡峭;椭圆孔长轴增大或短轴减小时,径向应力峰值和环向应力峰值均显著增大;对超导体采用不锈钢加固环可有效抑制应力的增大,从而可保证超导体正常运行。

关键词：缺陷高温超导体电磁热耦合力学行为 H公式

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永磁同步电机电磁热耦合高效计算模型

舰船科学技术 2023年第17期45卷 118-124页

作者：刘佳豪姜亚鹏苏振中海军工程大学舰船综合电力国防科技重点实验室湖北武汉430033

电磁热耦合分析是一种计算永磁同步电机电磁性能和热性能的有效方法,为实现耦合场的高效准确计算,建立了一种结合二维静磁场有限元模型和等效热网络模型的电磁热耦合高效计算模型。首先,基于磁密时空变换公式,推导了考虑材料温升特性的... 详细信息

电磁热耦合分析是一种计算永磁同步电机电磁性能和热性能的有效方法,为实现耦合场的高效准确计算,建立了一种结合二维静磁场有限元模型和等效热网络模型的电磁热耦合高效计算模型。首先,基于磁密时空变换公式,推导了考虑材料温升特性的电磁损耗计算模型,并与二维时步有限元法进行对比,相同硬件条件下,计算时间减少约79%;然后,基于传热学定律,建立了电机的等效热网络温度场分析模型,并推导了节点温升计算的状态空间方程。最后,以一台表贴式永磁电机为例,与三维有限元耦合模型进行对比,温度场计算结果最大误差为5.3 K,计算时间减少约95.2%,表明该模型可在保证计算精度的前提下提高电磁热耦合分析效率。

关键词：永磁电机电磁热耦合等效热网络法时空变换

HFW管高频感应加热过程电磁热耦合数值模拟

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焊接学报 2010年第4期31卷 5-8页

作者：于恩林韩毅范玉林赵玉倩燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 东北大学秦皇岛分校河北秦皇岛066004

以提高直缝焊管质量为目的,重点研究了高频感应加热过程中热影响区的温度分布对焊缝质量的影响.针对高频感应加热的特点,对ANSYS有限元软件进行了二次开发,在应用物理环境法的基础上,利用APDL语言编制了直缝焊管高频感应加热过程中电磁... 详细信息

以提高直缝焊管质量为目的,重点研究了高频感应加热过程中热影响区的温度分布对焊缝质量的影响.针对高频感应加热的特点,对ANSYS有限元软件进行了二次开发,在应用物理环境法的基础上,利用APDL语言编制了直缝焊管高频感应加热过程中电磁热耦合的命令流程序,建立了三维有限元模型,分析了电磁场和温度场的分布规律.对某厂生产的219mm钢管模拟分析,综合考虑不同的磁棒分布形式对加热效率影响和自身冷却条件.结果表明,阵列式分布的小磁棒较好,这正是与生产实际相符合的.

关键词：高频焊管感应加热电磁热耦合有限元模拟磁棒

电磁热耦合作用下的超导磁体损耗评估和安全性分析

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电磁热耦合作用下的超导磁体损耗评估和安全性分析

作者：曾蕾四川师范大学

学位级别：硕士

超导磁体是大多数超导电力设备的主要元件之一,其交流损耗直接关系到整个系统的效率,损耗产生的热量将会导致磁体温度升高,甚至会导致磁体失超,影响系统的安全可靠运行。针对超导磁体运行的安全问题,精确地计算和测量磁体的交流损耗,评... 详细信息

超导磁体是大多数超导电力设备的主要元件之一,其交流损耗直接关系到整个系统的效率,损耗产生的热量将会导致磁体温度升高,甚至会导致磁体失超,影响系统的安全可靠运行。针对超导磁体运行的安全问题,精确地计算和测量磁体的交流损耗,评估磁体内部的温升,获取安全可靠的电流运行区间,结合安全理论和电气技术对超导磁体的结构进行优化设计,从超导线圈本身出发防止失超事故的发生,做到本质安全化,对整个系统的安全、高效运行有着重要意义。本文综合考虑线圈的电磁场、温度场,采用电磁热耦合的方法对高温超导材料ReBCO绕制的单饼线圈进行了建模分析,分别研究了面向无线电能传输、电磁储能控制、低温直流斩波的超导线圈的交流损耗和线圈内部的温升情况,根据线圈的热稳定性来对线圈进行了安全运行分析,得到了面向不同应用时超导线圈的安全电流范围。具体内容如下:（1）阐述了高温超导体失超的机理,给出了高温超导线圈安全运行判据。介绍了超导线圈的交流损耗计算方法、实验测量方法以及超导线圈热稳定性的分析方法。（2）在Comsol Multiphysics中使用H公式法建立了ReBCO超导线圈的二维轴对称仿真模型,分别计算了面向三种不同应用场合的超导线圈的交流损耗,从超导线圈内部磁场和电流密度的分布进行分析,讨论了不同运行电流对超导线圈损耗的影响。另外,对不同结构的分磁环的减损性能进行了评估,且对其进行了优化设计。采用锁相放大器法,测量了各应用场合下超导线圈的损耗,并与积分计算结果和仿真结果进行对比,三者结果具有良好的一致性,从实验验证了仿真模型的可用性。（3）利用电磁热耦合的方法,仿真计算了超导线圈在运行过程中的内部温度,对线圈的热稳定性进行了分析,对超导线圈容易出现失超的区域进行了说明,界定了线圈能够安全运行的电流范围:面向无线电能传输系统的超导线圈,易失超区域为第8匝,安全电流上限为148.1A;面向电磁储能控制系统的超导线圈,易失超区域为第11匝附近,安全电流上限为176.2A;面向低温直流斩波系统的超导线圈,易失超区域为第6匝,安全电流上限为184A。本文针对面向三种不同应用的超导磁体的电磁热特性进行了系统的分析,获得了可靠的安全电流区间,为采取有效的保护措施提供了一定的参考。

关键词：高温超导线圈电磁热耦合 H公式法交流损耗安全运行分析

集成永磁伺服电动机电磁热耦合模型设计与分析

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微特电机 2015年第9期43卷 24-27,31页

作者：吴轶群江苏信息职业技术学院无锡214153

集成永磁伺服电动机是电机、驱动器、控制器和编码器的组合体,具有体积小、布线简单、抗干扰能力强等优点,但是其高功率密度造成了电机较高的温升。针对该问题,首先介绍了集成永磁伺服电动机的结构组成;然后基于有限元法建立了集成永磁... 详细信息

集成永磁伺服电动机是电机、驱动器、控制器和编码器的组合体,具有体积小、布线简单、抗干扰能力强等优点,但是其高功率密度造成了电机较高的温升。针对该问题,首先介绍了集成永磁伺服电动机的结构组成;然后基于有限元法建立了集成永磁伺服电动机的电磁热耦合模型;分析了电机本体的损耗密度,包括电机铁损、绕组铜损和驱动电路损耗;确定了电机的热边界条件并采取了非线性处理,主要包括自然对流和气隙对流;最后,进行了仿真和实验。通过数据对比可知,仿真温度与实测温度的误差在允许范围内,表明所建立的电磁热耦合模型和热传导分析方法是可行的、有效的,能够较好地预测电机的温升。

关键词：集成永磁伺服电动机电磁热耦合热载荷热边界有限元法

高温超导直流电缆的电磁热耦合与自保护特性分析

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高温超导直流电缆的电磁热耦合与自保护特性分析

作者：杨英杰天津大学

学位级别：硕士

经济良好而有序的发展促进了社会对电能的需求,而目前已建设的输电与配电网络并不能充分满足社会对电能的需求。为了解决城市大容量输电问题,本文提出了采用高温超导直流电缆增加电力系统的输电能力。本文首先对近些年来的超导带材以及... 详细信息

经济良好而有序的发展促进了社会对电能的需求,而目前已建设的输电与配电网络并不能充分满足社会对电能的需求。为了解决城市大容量输电问题,本文提出了采用高温超导直流电缆增加电力系统的输电能力。本文首先对近些年来的超导带材以及超导电缆相关技术发展情况进行了概括描述,随后对全球各地中比较具有代表性的电缆示范项目进行了简要介绍,对不同的交流与直流超导电缆的项目的运行参数进行了对比。并且,对高温超导带材临界参数的相互作用和失超产生、传播、恢复特性进行了分析。其次通过COMSOL软件对超导直流电缆分别建立二维和三维的电磁模型,对比分析了二者的电磁有限元仿真,发现二者的磁场分布变化趋势相似。此外,对单根螺旋带材产生的磁场进行了积分计算,分析了不同方向的磁感应强度的变化规律。在三维模型中,计算了不同绕制螺旋角下磁场的变化,并且将磁感应强度进行平行与垂直方向的分解,分析了各向异性的影响,为超导带材的绕制提供了依据。在二维模型中,加入了温度场耦合的分析,计算了直流电缆的交流纹波损耗,分析了其遇见波动时的温度变化,验证了小扰动下直流电缆运行的稳定性,为电缆的设计优化提供依据。最后在MATLAB/Simulink建立了高温超导直流电缆的自保护单元模块。建立柔性直流输电系统和直流微电网系统,分析了高温超导直流电缆对在不同故障情况下的限流作用。

关键词：高温超导直流电缆三维电缆模型电磁热耦合纹波损耗自保护

基于温度修正J-A模型的交流继电器电磁热耦合仿真

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价值工程 2023年第31期42卷 142-146页

作者：董玉华上海电力大学上海201306

温度是影响交流继电器稳定运行重要指标,对其进行温度分析具有重要意义。提出一种改进的温度修正J-A磁滞模型,并提出一种对该模型参数辨识的混合优化算法。通过混合优化算法辨识的参数得到磁滞曲线,并与实测磁滞曲线对比,验证了该算法... 详细信息

温度是影响交流继电器稳定运行重要指标,对其进行温度分析具有重要意义。提出一种改进的温度修正J-A磁滞模型,并提出一种对该模型参数辨识的混合优化算法。通过混合优化算法辨识的参数得到磁滞曲线,并与实测磁滞曲线对比,验证了该算法在磁滞特性模拟研究中的有效性和实用性,并验证了改进的温度修正方法的可行性。运用推导的电磁热耦合控制方程建立不同工况下继电器仿真模型,发现材料温度特性对温升结果影响很大,故不可忽略。

关键词： J-A模型参数辨识方法混合优化算法电磁热耦合电阻温度系数

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双凸极电机电磁—热耦合分析与优化方法研究

双凸极电机电磁—热耦合分析与优化方法研究

作者：桑渝南京航空航天大学

学位级别：硕士

电励磁双凸极电机由于其转子结构坚固可靠、励磁可调等优势在许多应用领域成为重点研究对象。电机是一种电磁场、流体场、应力场以及温度场等多物理场相互作用的机电能量转换装置。为了确保电机正常稳定地运行,电机设计人员必须能够在... 详细信息

电励磁双凸极电机由于其转子结构坚固可靠、励磁可调等优势在许多应用领域成为重点研究对象。电机是一种电磁场、流体场、应力场以及温度场等多物理场相互作用的机电能量转换装置。为了确保电机正常稳定地运行,电机设计人员必须能够在电机设计阶段充分考虑各个场之间的相互作用关系,使得电机的多物理场之间能够达到一个相对稳定的状态。本文以有限元软件为工具,通过场路耦合模型的建立详细分析了电励磁双凸极电机的基本运行原理以及电磁特性;针对18/12结构的电励磁双凸极发电机,重点讨论了它在DSG2发电方式下的空载特性、短路特性、外特性、功率特性等电机的基本性能,并分析了电机转速、励磁电流等电磁参数对这些特性的影响;考虑到电机的发热情况,对电机内的主要热源即电枢铜损、励磁铜损、定子铁芯损耗、转子铁芯损耗给出了详细的探讨,分别测试了在不同转速、不同负载以及不同励磁电流下这些损耗的变化情况以及各自所占电机损耗的比重情况。建立了较为完善的电励磁双凸极电机的三维温度场模型,并对电机的主要散热系数给出了具体的计算方法,同时结合温升实验得到的数据对这些参数进行了修正;简化地处理了电机气隙的对流散热问题;基于有限元法得到电机的恒压调节规律,通过三次函数拟合得到相应励磁电流与电枢电流的函数关系;在电励磁双凸极电机变速恒压发电运行的前提之下,进一步研究了温度限制对电机输出功率的具体影响;为了挖掘电机的极限输出能力,通过电磁与热的联合仿真分析,使电机运行在变速恒压恒温条件下,明确了电机工作在最高温度时所能输出的最大功率;同时分析了电机内的各种损耗对电机温度场的影响以及电机绕组最高温度对电机内常见的各种散热因素的敏感程度。研制了原理样机并搭建了实验平台,通过实验测试了样机的发电性能以及温升表现,对比了仿真与实验的结果;验证了有限元计算的准确性,证明了电磁热耦合研究方法的可行性。

关键词：电磁热耦合损耗分析双凸极电机三维温度场温度敏感性最大功率分析

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二代高温超导带材失超特性研究

电工技术学报 2024年第1期39卷 110-120,153页

作者：杨志星任丽徐颖段璞李鑫强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析... 详细信息

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析。在三维直角坐标系下,以磁场强度矢量为求解变量,建立了二代高温超导带材失超演化电磁热仿真模型,研究了二代高温超导带材长度方向与宽度方向在不同热扰动工况下的电磁热特性及其演化过程,分析了高温超导带材过电流失超过程中的各层分流状况与超导层电阻率变化行为,区分了不同类型的过电流失超行为,并提出了高温超导带材过电流冲击失超的电阻率判据。

关键词：二代高温超导带材失超特性有限元电磁热耦合