超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的磁屏蔽

隨著電腦和半導(dǎo)體器件的廣泛使用，越來(lái)越多的高功率用戶要求更高的電能質(zhì)量。鐵芯一般都是用硅鋼片制做的。硅鋼是一種含硅的鋼，其含硅量在0．8～4．8%。由硅鋼做變壓器的鐵芯，是因?yàn)楣桎摫旧硎且环N導(dǎo)磁能力很強(qiáng)的磁性物質(zhì)，在通電線圈中，它可以產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而可以使變壓器的體積縮小。變壓器溫升：高壓變壓器在周圍溫度40℃以下及額定負(fù)載下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以電阻法測(cè)定的繞組升溫不得超過(guò)65℃，在此條件運(yùn)轉(zhuǎn)下，上層絕緣油的溫升用溫度計(jì)測(cè)定，不得超過(guò)60℃，繞組最高溫升部分不得超過(guò)80℃。脈沖變壓器一種寬頻變壓器。對(duì)通信用的變壓器而言，非線性畸變是一個(gè)極重要的指標(biāo)，因此要求變壓器工作在磁心的起始導(dǎo)磁率處，以至即使象輸入變壓器那樣功率非常小的變壓器，外形也不得不取得相當(dāng)大。蓄能技術(shù)能夠有效地提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，因此蓄能技術(shù)的發(fā)展逐漸受到人們的重視。

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能具有快速吸收、釋放和儲(chǔ)備電能的能力，儲(chǔ)能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊。這為超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)，提高供電質(zhì)量提供了有利條件[1]。近年來(lái)，超導(dǎo)儲(chǔ)能已成為超導(dǎo)應(yīng)用研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)?，F(xiàn)在微型超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化。今年，IGC公司的IPQ-750 SMES系統(tǒng)安裝在美國(guó)廷德?tīng)?基地，并成功并網(wǎng)發(fā)電[2]。

超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體作為研究一種通過(guò)電磁儲(chǔ)能元件，在運(yùn)行管理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生具有相當(dāng)強(qiáng)的磁場(chǎng)。一般超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體產(chǎn)生的中心場(chǎng)強(qiáng)為104高斯數(shù)量級(jí)，但10高斯數(shù)量級(jí)的磁場(chǎng)就可以直接導(dǎo)致學(xué)生一些企業(yè)電子信息設(shè)備已經(jīng)不能滿足正常發(fā)展工作，5高斯的磁場(chǎng)就可能使自己一個(gè)配有心臟起博器的人可能面臨生命安全危險(xiǎn)[3]。因此，如果不采用建立相應(yīng)的措施對(duì)磁場(chǎng)加以限制和屏蔽，雜散分布于超導(dǎo)磁體系統(tǒng)功能之外的漏磁場(chǎng)會(huì)對(duì)他們周圍生活環(huán)境因素帶來(lái)很多不利的影響。要擴(kuò)大超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，減小超導(dǎo)磁體雜散磁場(chǎng)帶來(lái)的應(yīng)用能力限制，就必須充分考慮超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的磁屏蔽這些問(wèn)題。

2.超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體及其磁場(chǎng)特性

閉合超導(dǎo)線圈中的電流過(guò)時(shí)，傳統(tǒng)線圈中沒(méi)有焦耳熱損失，并且產(chǎn)生的熱量較少。 因此，與傳統(tǒng)線圈相比，超導(dǎo)線圈的工作電流可以達(dá)到非常高的水平。 更高的工作電流意味著可以產(chǎn)生更高的磁場(chǎng)，這就是為什么大多數(shù)超導(dǎo)磁體可以產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，而不需要鐵磁材料形成磁通環(huán)。

當(dāng)超導(dǎo)磁鐵運(yùn)行時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)具有特定分布的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)儲(chǔ)存了一定數(shù)量的電磁能。在能量交換中，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)利用相應(yīng)的電磁儲(chǔ)能的磁場(chǎng)，而不是特定的磁場(chǎng)形狀，磁場(chǎng)的分布對(duì)能量交換沒(méi)有直接的作用。因此，早期超導(dǎo)磁鐵設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)之一就是以盡可能少的超導(dǎo)材料儲(chǔ)存盡可能多的電磁能量。并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中不需要直接考慮磁場(chǎng)圖案。

由于超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的高儲(chǔ)能密度，整個(gè)儲(chǔ)能裝置可以做得相當(dāng)緊湊。體積小、儲(chǔ)能高是超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一。由于體積小、重量輕，超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)還具有一定的機(jī)動(dòng)性。這在一些特殊場(chǎng)合尤為重要。

高場(chǎng)強(qiáng)、能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以不受場(chǎng)型限制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，這三個(gè)特性是考慮超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)磁屏蔽技術(shù)問(wèn)題的基本理論出發(fā)點(diǎn)。

3.屏蔽方法的選取

目前，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體主要采用螺線管線圈和環(huán)狀線圈兩種結(jié)構(gòu)形式。