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80T脉冲强磁体理论分析研究

宋运兴  
【摘要】:本文对由电容器电源供电的脉冲磁体的设计和性能进行了系统的研究。研究内容包括放电计算、应力计算以及冷却分析。材料的极限应力决定了磁场峰值,而焦耳热决定了脉宽。 在放电分析中,主要分析了电阻热效应、磁致电阻效应以及涡流效应对脉冲磁体磁场波形和温度分布的影响;磁致电阻效应和涡流效应增加电阻,导致磁场峰值减小;而涡流效应减小电感,导致上升时间前移,且导致dBdt在脉冲开始时刻出现 一个很大的尖峰。尽管如此,磁致电阻效应和涡流效应对磁场波形的影响比较小,但是对温度分布的影响甚大。不仅层与层之间的温度分布不一样,最内层温度最高;且同一层之间的温度分布都不一样,内侧比外侧高出100K。 在应力分析中,全面考虑了热应力、预应力以及洛仑兹力;不均匀的温度和电流密度分布导致等效应力增加,而通过施加一定的预应力可以部分抵消。而轴向压力的施加使得等效应力增加,因此在磁体安装过程中,轴向压力不宜施加过大。文中也分析了不锈钢的使用对放电过程和应力状态的影响。 最后对冷却分析也进行了研究,通过轴向开槽,可以大大提高冷却效率。


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