赵文文,周迪帆,鲁玉明,白传易,李奇展,蔡传兵

上海大学理学院物理系,上海市高温超导重点实验室,上海 200444

1 引 言

2011年,Hahn等 人[1]首 次 提 出 高 温 超 导(HTS)无绝缘(NI)线圈,NI线圈因为具有高电流密度、高热稳定性和高失超恢复能力,所以广泛的应用于高场磁体.由于略去了匝间绝缘层,NI线圈比传统的绝缘线圈具有更紧凑的结构,因此体积电流密度更高.更重要的是,当动态励磁过程中出现局部故障或热点时,NI线圈允许多余的电流在相邻匝之间流动[2-3].因此,NI线圈显示出高电流密度、高热稳定性和高失超恢复能力的优势,这对HTS磁体的应用尤为重要.

在本文中,我们在三维FE模型中集成了电路和热模块,并模拟了高场磁体的NI线圈的传输特性.我们利用这个模型研究了NI线圈在充电过程中的充电延迟特性、充放电过程中的环向和径向电磁传输行为以及匝间接触电阻对励磁过程和线圈热稳定性的影响,最后我们还讨论了不同金属绝缘材料对线圈热稳定性的影响.这些结果与使用分析性等效电路模型计算的结果表现出良好的一致性.

2 模型建立

在模型中我们采用的REBCO超导带材是由上海上创超导科技有限公司制备,在表1中我们列出了REBCO带材和线圈的详细参数.

表1 REBCO带材和线圈的详细参数

2.1 等效电路模型

根据Qin等人[6]提出的分析性等效电路模型(ECM),NI线圈内的电流在励磁过程中可以被分解为环向和径向分量.他们将线圈的每一匝作为一个基本的电路……