Numerical models for AC loss calculation in large-scale applications of HTS coated conductors
数值模型是预测超导体电磁行为的有力工具。近年来，已经成功地开发了各种模型来模拟高温超导（HTS）涂层导体带材。虽然这些模型对于单个带或相对较小的组件的模拟工作良好，但它们对于涉及数百或数千个带的设备（例如电机中使用的线圈）的直接适用性是值得怀疑的。实际上，仿真时间和存储器需求可能很快变得令人望而却步。在这篇文章中，我们开发和比较了两种不同的模型来模拟由大量带材组成的现实HTS器件：1）均匀化模型使用等效各向异性均匀体来模拟线圈，并特别开发了电流约束，以说明每匝都承载相同电流的事实; 2）多尺度模型通过仅模拟线圈交叉的重要位置处的几个单独的带来并行化并减少计算问题。使用适当的边界条件来解释由相邻匝产生的场。这两种方法被用来模拟线圈制成的2000磁带，并与广泛使用的H-公式有限元模型，包括所有的磁带。这两种方法都允许加速大量的HTS磁带的模拟1-3个数量级，同时保持良好的精度的结果。这些模型可用于设计和优化大规模高温超导器件。
2015-09-18 cond-mat.supr-con
T-A Formulation to Model Electrical Machines with HTS Coated Conductor Coils
建模高温超导体（HTS）电机仍然具有挑战性，主要是由于这些导体的高纵横比，但也因为磁性材料的属性。本文提出了一种基于新的T-A公式的二维时间相关模型来评估超导电机的交流损耗，该模型通过使用有限元方法（FEM），允许其在商业软件中实现。T-A公式根据电机的面积用不同的麦克斯韦方程计算磁通量密度，并使得可以使用薄带近似，即HTS带被建模为无限细线。然后，该模型有望解决高纵横比的高温超导体，以及降低网格的复杂性和计算时间。本文的第一个目标是通过评估一个特定的同步电动机称为SUTOR的交流损耗来验证该方法在2D中的计算结果与MEMEP方法评估的结果相比具有良好的一致性，已经验证。在第二部分中，计算相同的损耗，考虑到Jc的各向异性，并基于在65 K和77 K下实验测量的Ic的数据集。
2019-08-09 cond-mat.supr-con
Simulation of Stacks of High Temperature Superconducting Coated Conductors Magnetized by Pulsed Field Magnetization Using Controlled Magnetic Density Distribution Coils
高温超导（HTS）涂层导体（CC）堆可以作为强俘获场磁体（TFM）工作，并在电气应用中显示出潜力。脉冲场磁化（PFM）是一种实用的方法来磁化这样的薄膜，但由于在动态过程中产生的热量，它不能实现一个高的场冷却可以捕获的领域。在这项工作中，我们构建了一个二维电磁-热耦合模型来模拟堆叠的高温超导CC与现实的层状结构磁化的PFM。该模型考虑了温度和各向异性磁场的高温超导体的Jc和其他温度相关的热和电材料的属性。在此基础上，提出了一种磁密度分布可控的线圈结构，以改善普通磁感应线圈的俘获场。
2015-09-18 cond-mat.supr-con
An Open-Source 3D FE Quench Simulation Tool for No-Insulation HTS Pancake Coils
本研究开发了开源有限元失超模拟器FiQuS的三维模块Pancake3D，可高效仿真无绝缘高温超导饼式线圈的瞬态特性，通过双饼线圈算例验证了功能并提供复现文件。
2023-11-30 cond-mat.supr-con
Design and Comparison of a 1 MW / 5s HTS SMES with Toroidal and Solenoidal Geometry
基于市售2G高温超导导体，设计了一种螺线管型和环形结构的高温超导磁储能线圈。SMES系统的实际利益（1兆瓦/ 5秒）被认为是。首先讨论了理想的环形和螺线管几何形状之间的比较，并解释了用于选择线圈孔的几何参数的标准。然后进行实际线圈的设计，并比较最终所需的导体量。两个线圈在一个充电放电循环期间的交流损耗的初步比较也进行了讨论。
2015-11-03 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Local electromagnetic properties and hysteresis losses in Non-Uniformly wound 2G-HTS Racetrack Coils
一个值得注意的物理依赖性的磁滞损耗与轴向绕组的商业\textcolor{black}{Second Generation High Temperature Superconducting (2G-HTS)}磁带的超导跑道线圈的错位的报告。全面研究了匝间不对准因子对单个匝的局部电磁特性的影响，考虑了六种不同的线圈布置和十个施加的交变传输电流$I_{a}$的振幅，以及实验确定的临界电流密度$J_{c}(B,θ)$的磁角各向异性特性的函数。已经发现，对于中等到低的施加电流$I_{a} \leq 0.6~I_{c0}$，其中$I_{c0}$是各个带的自场临界电流，在极端绕组变形下所产生的滞后损耗可以导致能量损耗的增加高达由完美缠绕的线圈产生的损耗的$25\%$。高层次的网格的考虑已被应用，以获得一个现实的帐户的局部和全局的电磁性能的跑道线圈，…我们的研究结果可以作为一个实际的基准，以确定任何2G-HTS赛道线圈应用的相对损耗，揭示可能的线圈绕组错位可以推断的物理指纹。
2019-07-23 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Detecting quench in HTS magnets with LTS wires -- a theoretical and numerical analysis
高温超导磁体失超保护是一项具有挑战性的任务。由于正常区传播速度慢，通过直接监测线圈电压的长期可靠的失超检测方法可能不再适合HTS，使HTS磁体处于过热的危险之下。用NbTi低温超导线检测ReBCO超导带材绕制线圈的失超已在实验上得到证实，但仍需进一步开展理论研究，使其在高场磁体中得到更广泛的应用。在这篇手稿中，我们已经证明，这是显着的差异，在温度依赖性的临界电流之间的LTS和HTS，而不是正常区传播速度（NZPV），使LTS良好的淬火检测器。模拟结果表明，低温超导失超探测器应具有低基体分数或高基体电阻率。最后，在15 T和20 T的现场测试中，Nb_3Sn是一种很好的失超探测器。
2021-09-09 cond-mat.supr-con
3D homogenization of the T-A formulation for the analysis of coils with complex geometries
超导线圈的建模和分析是大多数基于高温超导体（HTS）的器件设计阶段的一项重要任务。这些计算可以验证基本的估计和假设，提出改进建议，并计算不容易用分析方法计算的数量。例如，HTS中的损耗的估计在设计阶段是基本的，因为损耗可以强烈地影响冷却系统要求和操作温度。通常，2D有限元分析用于计算HTS中的AC损耗，这是由于缺乏能够准确地表示复杂操作条件（诸如AC传输电流和线圈中的AC外部施加磁场）的解析解。这些2D模型通常是无限长排列的表示。因此，它们不能用于分析端部效应和复杂的3D配置。在本出版物中，我们使用均匀化的T-A配方在3D的超导线圈的分析与复杂的几何形状，其中一个2D的方法不能提供准确的分析和验证的假设。与目前可用的3D H均匀化相比，建模方法允许在商业软件（COMSOL Multiphysics）中更容易地实施，尽管几何形状复杂。这种方法是第一次验证与跑道线圈（基准情况下）通过比较结果与完善的H配方。然后，更复杂的几何形状的线圈的电磁行为进行了分析。
2022-06-27 cond-mat.supr-con
Modelling of a large-scale non-insulated non-planar HTS stellarator coil using Quanscient Allsolve
本文利用Quanscient Allsolve和H-φ公式，对实际尺寸非绝缘非平面HTS仿星器线圈进行瞬态失超建模，借助域分解方法显著缩短计算时间，用于预测非绝缘REBCO磁体的复杂行为。
2025-02-25 cond-mat.supr-con physics.plasm-ph
An efficient HTS electromagnetic model combining thin-strip, homogeneous and multi-scale methods by T-A formulation
本文提出了一种基于T-A公式的高温超导电磁场模型，该模型结合了薄条、均匀和多尺度方法。特别是，我们建立薄带作为分析的HTS带和未分析的带合并的同质块的边界。因此，线圈的几何形状被重新构建了几个块，但块的边界和域处理不同的电磁特性，并分别通过T和A公式。首先，我们介绍了建模过程，并强调了与以前的模型的区别和优势。然后，通过与基于2000匝线圈的参考模型的结果进行比较，验证了所提出的模型的准确性。两种模型得到的归一化电流密度、磁通量密度和磁滞损耗的分布高度一致，总损耗的误差小于1%。此外，该模型是所有先进模型中最节省时间的。此外，该模型可以应用于三维仿真，并通过仿真50匝跑道线圈验证了其高精度和效率。所提出的方法提供了一个可行的方法来模拟线圈与许多堆叠磁带，我们将继续探索更多的应用程序，解决高温超导系统的复杂几何形状。
2021-12-01 cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Solenoid from experimental HTS tape for magnetic refrigeration
提出了一种用于磁制冷机的超导磁系统方案。第二代超导带材是在库尔恰托夫研究所研制、制造和测试的。磁体由12个非绝缘双饼形线圈组成。SMS安装在真空室中，并由低温制冷机冷却。
2019-02-26 cond-mat.supr-con
Simulation of High Temperature Superconducting Bulks Magnetized by Pulsed Field Magnetization with an Electromagnetic-Thermal Coupled Model
高温超导块材可以被磁化成强俘获场磁体，这在高性能电子应用中具有重要的应用前景。为了磁化这种薄膜，脉冲场磁化（PFM）应该取代场冷却（FC），以提供原位磁化。然而，在PFM过程中产生的热量，减少了陷阱场一直是一个问题，所以数值模拟的过程是很重要的，以提供最佳的磁化策略。本文采用基于H方程的轴对称电磁-热耦合模型，对PFM磁化的高温超导块材进行了数值模拟。研究了高温超导块材中重要而又难以表征的参数，包括E-J幂律中的n值和Kim定律中的B 0值的影响。此外，控制磁密度分布线圈（CMDC），产生一个不均匀的字段建议进一步提高捕获场的高温超导块材相比，分裂线圈先前提出的。
2015-11-02 cond-mat.supr-con
DC and AC Characterization of Pancake Coils Made from Roebel-Assembled Coated Conductor Cable
由高温超导涂层导体制成的罗贝尔电缆可以通过紧凑的设计和降低的交流损耗来传输大电流。因此，它们是制造电机和发电机等高温超导应用线圈的良好候选材料。在本文中，我们提出了实验直流和交流特性的几个线圈组装从一个5米长的罗贝尔电缆建在KIT，不同的匝数和匝间距。我们的实验，有限元法（FEM）计算的支持下，表明，一个更紧密的缠绕罗贝尔线圈，尽管有一个较低的临界（因此操作）电流，可以产生一个更高的磁场比一个松散的缠绕。对于线圈中心产生的给定磁场，所有线圈都具有类似的AC损耗，除了最松散缠绕的线圈之外，由于产生所需场所需的相对大的电流，该线圈具有高得多的损耗。在本文中提出的实验进行的几何形状的煎饼线圈的罗贝尔电缆，但他们是一个更一般的策略，耦合实验和数值模拟，可以用来优化线圈设计相对于不同的参数，如磁带数量，大小，或交流损耗，其相对重要性是由特定的应用程序。
2017-05-29 cond-mat.supr-con
HTS Dynamo Flux Pump: The Impact of a Ferromagnetic Stator Substrate
本研究探讨用作HTS dynamo磁通泵定子的带涂层导体的铁磁基板的影响，利用薄壳模型与Chebyshev谱方法，发现当超导层位于转子与基板间时能提高泵电压，并推导出向线圈馈入电流的解析描述。
2023-10-20 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Analysis of fields in an air-cored superconducting synchronous motor with an HTS racetrack field winding
由于高温超导（HTS）材料的更高电流密度，高温超导（HTS）同步电动机可以提供比传统铜绕组电机显著的重量和尺寸减小以及提高的效率。为了优化这种机器的设计参数和性能，本文提出了一个基本的物理模型的空心高温超导同步电动机与铜电枢绕组和高温超导磁场绕组。然后提出了一种同步电动机磁场分析的解析方法，然后通过数值有限元分析（FEA）模型来验证解析解。该模型被用来研究高温超导线圈的几何形状对电枢绕组处的磁场的影响，并使用该理论模型进行几何参数优化，以获得更正弦的磁场在电枢处，这对电机的性能有重大影响。
2014-10-09 cond-mat.supr-con
Surface Contact Approximation for Magneto-Thermal Finite Element Analysis of No-Insulation HTS Coils
CERN（欧洲核子研究组织）；University of Liège（列日大学）
提出一种表面接触近似（SCA）方法，用于无绝缘高温超导线圈的磁热有限元分析，通过直接使用接触电阻和热导率替代薄层体积，提高了计算效率和鲁棒性。
2026-05-27 cond-mat.supr-con cs.CE physics.acc-ph
Parallel-in-Time Integration of Transient Phenomena in No-Insulation Superconducting Coils Using Parareal
针对高温超导无绝缘线圈瞬态多物理场模拟计算耗时的问题，提出基于Parareal的并行时间积分方法，通过自适应粗传播器自动划分时间区间，在满足精细工程公差下显著缩短计算时间。
2024-04-20 cond-mat.supr-con cs.CE physics.comp-ph
First tests of a 800 kJ HTS SMES
采用高临界温度超导体的超导储能系统是高功率脉冲电源的一个研究热点。在20 K以上的温度下工作使低温更容易，提高了稳定性，并改善了脉冲电源的工作。在一个DGA（代表团生成pour 'Armement）项目的背景下，我们设计并建造了一个800 kJ的SMES。线圈缠绕有由Bi-2212 PIT带并联焊接制成的Nexans导体。该线圈由26个叠加的简单煎饼缠绕和粘合在切片铜板涂有环氧树脂。额定电流为315 A，能量为814 kJ。线圈的外径为814 mm，高度为222 mm。20 K时的冷却仅通过低温冷却器的传导进行，使低温对SMES用户非常友好和无形。冷却已成功进行，热系统按设计工作。在简要介绍超导磁储能系统的设计和结构之后，将介绍一些试验。从244 A的电流开始，SMES向最大功率为175 kW的电阻提供425 kJ。
2008-12-18 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Superconducting Wireless Power Transfer Beyond 5 kW at High Power Density for Industrial Applications and Fast Battery Charging
已知基于常规铜线圈的现有技术无线功率传输（WPT）系统在谐振耦合的中程状态下操作时展现出远高于90%的效率。除了完整的系统效率，传输线圈的面积和重量相关的功率密度是高功率应用的关键指标。本文报道了一个功能齐全的WPT系统，由单个煎饼高温超导（HTS）线圈的发射器和接收器侧，这超过了大多数传统系统的功率密度。尽管线圈尺寸紧凑，但在6 kW输出功率下实现了97%以上的DC-DC效率。接下来的基本线圈设计，分析和数值模拟的交流损耗在高温超导线圈，考虑到磁滞和涡流的贡献。通过单线圈的实验AC损耗测量，通过标准锁定技术获得高达4 kHz的频率，验证了结果。最后，在不同的频率和负载条件下的整个系统的性能的实验结果。
2021-01-29 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Calculation of AC losses in stacks and coils made of second generation high temperature superconducting tapes for large scale applications
本文提出了一种均匀化方法来模拟第二代高温超导带材在交流传输电流或磁场作用下的堆芯结构。这个想法是找到一个各向异性体等效的堆栈，这样的绝缘，金属，超导和基板层的内部交替结构的几何布局是“洗”出来，同时保持原始堆栈的整体电磁行为。我们忽略假设的临界区域的形状，并使用幂律E-J关系，允许超临界电流密度被认为是。这里提出的方法允许高达2个数量级的计算加速因子相比，充分的2-D模拟考虑到堆栈的实际尺寸，而不影响精度。
2013-08-12 cond-mat.supr-con
Magneto-Thermal Thin Shell Approximation for 3D Finite Element Analysis of No-Insulation Coils
本文提出耦合磁热薄壳近似，将匝间接触层坍缩为表面并结合涂层导体各向异性均匀化，用于 NI HTS 饼式线圈三维有限元分析，验证表明可降低网格成本与求解时间。
2023-10-04 cond-mat.supr-con cs.CE physics.acc-ph
Electromagnetic design of a superconducting electric machine with bulk HTS material
与传统导体相比，在电机中使用高温超导体可能会带来很大的性能提升，但也带来了独特的挑战。在这里，超导电机的电磁性能与散装高温超导陷获场磁铁在转子和传统的铜线圈在定子进行了研究。为此，在径向气隙同步电机的电磁场的分析模型的开发和验证，考虑到具体的困难，发生在治疗散装HTS的机器。利用该模型，计算了极对数、定子绕组厚度、转子表面覆盖率和气隙宽度对电机埃森系数的影响。与数值模拟相比，这里提出的方法可以在几分钟内提供结果，这使得它特别适用于早期开发和系统工程中的工作，其中必须快速研究大参数空间。
2019-03-21 cond-mat.supr-con physics.app-ph
A new benchmark problem for electromagnetic modelling of superconductors: the high-Tc superconducting dynamo
高温超导发电机是一种很有前途的装置，它可以向闭合的超导电路中注入大的直流超电流。这对于激励NMR/MRI磁体和超导旋转机器中的HTS线圈而不需要经由电流引线连接到电源特别有吸引力。直到最近，才开发出能够分析高温超导发电机并解释其基本物理机制的定量准确的预测模型。在这项工作中，我们建议使用高温超导发电机作为一个新的基准问题的高温超导建模社区。基准几何结构由一个永磁体旋转通过一个固定的高温超导涂层导线在开路配置，假设为简单的2D（无限长）的情况下。尽管这种几何简单的解决方案是复杂的，包括随时间变化的空间不均匀的电流和整个超导体积的字段。在这项工作中，这个基准问题已经实现了使用几种不同的方法，包括H-公式化的方法，耦合的H-A和T-A配方，最小电磁熵产生方法，积分方程和体积积分方程为基础的等效电路方法。这些方法中的每一个都表现出良好的定性和定量协议的开路等效瞬时电压和累积的时间平均等效电压，以及电流密度和电场分布在高温超导导线在关键位置在磁体过境。基于以下关键指标，对每个建模框架进行了严格的分析和比较：HTS线中的网格单元数、模型中的网格单元总数、自由度（DOF）数、公差设置和每个模型每个周期所需的近似时间。
2021-01-18 cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Stable, predictable and training-free operation of superconducting Bi-2212 Rutherford cable racetrack coils at the very high wire current density of more than 1000 A/mm2
高温超导体（HTS）可以实现比Nb-Ti和Nb 3Sn更强的高磁场磁体，但到目前为止，两个关键的限制因素是在长导体中实现高临界电流密度的困难，特别是在高电流电缆中，以及超导体进入正常状态的淬火危险。在这里，我们证明了稳定，可靠和训练淬火自由性能的Bi-2212赛道线圈缠绕17股卢瑟福电缆制成的电线与纳米喷雾Bi-2212粉末。这些复丝导线现在以单根长度超过1 km的形式交付，在30 T和4.2 K条件下的新记录整线临界电流密度高达950 A/mm 2。这些线圈携带高达8.6 kA，同时在4.2 K下产生3.5 T的峰值场，线电流密度为1020 A/mm 2。与Nb-Ti和Nb 3Sn磁体不可预测的训练性能完全不同，这些Bi-2212磁体在热失控和失超发生之前没有表现出训练失超，并且以稳定的方式进入磁通流状态。与Nb-Ti、Nb 3Sn和REBCO磁体的局部热失控发生在不可预测的位置处也完全不同，Bi-2212磁体的失超在大于一米的导体长度上始终发生在高场区域中。这些特性使得失超检测相当简单，能够实现安全保护，并且提出了由Bi-2212构造失超可预测超导磁体的新范例，Bi-2212与Nb-Ti和Nb 3Sn一样，是各向同性的、圆形的、多丝的、在km长度上均匀的并且适合于卢瑟福电缆使用，但是与它们不同的是，更能容忍能量干扰，这些干扰经常导致Nb基超导磁体过早失超和长训练周期。
2019-05-28 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
