宏细观电磁扩展有限元法及其在交流超导电缆多层导体均流中的应用

项目名称： 宏细观电磁扩展有限元法及其在交流超导电缆多层导体均流中的应用

项目编号： No.51177116

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2012

项目学科： 电气科学与工程学科

项目作者： 王曙鸿

作者单位： 西安交通大学

项目金额： 62万元

中文摘要： 高温超导电缆中，多层、每层多根超导带材平行螺旋式密绕，每根带材（毫米）中超导体成细丝状（微米）分布在银基中。因带材中强磁场和因钉扎而产生的磁滞效应，导致分层电流不均匀，电缆易失超。常规数值计算方法难以准确计算多层超导电缆阻抗、损耗等参数，严重影响电缆导体层设计。本项目力图将力学中扩展有限元方法用于宏观细观并存的电磁场问题，推导基于高温超导材料磁场特性的自适应富集函数，改进有限元形状函数，运用水平集函数描述不同细观媒质交界面，在不需要加密有限元剖分的前提下，建立超导带材细观磁滞模型，计算磁滞损耗，将模型引入到扩展有限元法中，准确计算各层带材中磁场；建立多层超导带材宏观"磁滞电阻"模型，完善"磁滞电感"模型。计算、优化、测量电缆分层电流、观测带材内磁通变化，验证宏细观电磁扩展有限元法，为超导电缆的电磁参数设计提供理论基础和方法支撑。该方法在多尺度结构的电磁场问题中具有重要的推广价值。

中文关键词： 扩展有限元法；高温超导电缆；磁滞模型；等效电路模型；电磁场

英文摘要：

英文关键词： Extended finite element method；high temperature superconducting power cable；magnetic hysteresis model；equivalent circuit model；electromagnetic field