[发明专利]一种高温超导磁体非线性分析的建模方法

权利要求书

1.一种高温超导磁体非线性分析的建模方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)确定超导磁体模型的结构、各组成部分和材料参数；

结构包括线圈型式、超导导体的绕制方式、绝缘结构、支撑结构以及导冷结构，组成部分包括超导导体、环氧树脂绝缘、铜导冷结构，模型中涉及到的材料参数包括磁导率、电阻率、热导率和比热容；

(2)根据所述超导磁体模型的结构、各组成部分和材料参数建立非线性PDE模型；在有限元软件中建立非线性PDE模型；

所述非线性PDE模型包括：电磁场PDE方程传热PDE方程以及约束条件；

所述约束条件包括：磁场和传热的边界设置，传热模型中的热源，具体到超导磁体该热源表现为制冷功率；在电磁场PDE方程中H为磁场强度矢量，J为电流密度矢量，ρ₁为材料电阻率；在传热PDE方程中ρ₂为材料密度，为材料比热容，k为材料热导率，u为媒介传导速度矢量；

(3)将超导材料的实时交流损耗Q作为热源加载到PDE模型中实现电磁热耦合后获得修正后的非线性PDE模型，修正后的非线性PDE模型包括：其中，交流损耗Q＝E×J E为电场强度，J为电流密度；

(4)求解修正后的非线性PDE模型获得t时刻磁密分布B(t)、磁场强度分布H(t)、电场强度E(t)、电流密度分布J(t)、温度分布T(t)、临界电流I_c(t)和最大温升T_max(t)，并根据PDE计算结果获得等效电感L_eq(t)和等效电阻R_eq(t)；所述等效电感所述等效电阻

(5)根据等效电感L_eq(t)和等效电阻R_eq(t)获得超导磁体的瞬时电流：

(6)根据非线性PDE模型、受控电流源、迟滞模块和电压测量单元构建超导磁体模块，电压测量单元的输入端连接外部电力系统，迟滞模块的输入端连接至电压测量单元的输出端，非线性PDE模型的输入端连接迟滞模块的输出端，受控电流源的输入端连接外部电力系统，受控电流源的控制端连接非线性PDE模型的第一输出端；非线性PDE模型的第一输出端用于输出超导磁体的瞬时电流，非线性PDE模型的第二输出端用于输出磁体临界电流I_c(t)、最大温升T_max(t)、等效电感L_eq(t)和等效电阻R_eq(t)。

2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述瞬时电流其中i₁为上一时刻电流值，可见非线性PDE模型可由一个受控电流源表示，其输入为该模块两端的压降，受控电流源的电流由实时电压、等效电感、电阻参数决定。