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5kVA高温超导变压器双饼线圈不同有限元模型对比分析
论文题目：5kVA高温超导变压器双饼线圈不同有限元模型对比分析
摘要：
本论文研究了5kVA高温超导变压器双饼线圈的有限元模型，并对不同模型进行了对比分析。为了得到准确可靠的结果，需要对该超级变压器的电磁场进行仿真计算。由于高温超导材料的特殊性，传统的有限元模型存在一定的局限性。因此，本文采用了不同的有限元模型对超级变压器的电磁场进行了仿真分析，并对模拟结果进行了比较和评估。
1.引言
随着能源需求的不断增加，传统的铜线变压器已经无法满足能源传输和分配的需求。高温超导变压器因其具有高能效、高可靠性和节能环保等特点而备受关注。然而，由于其特殊的结构和材料特性，高温超导变压器的电磁场分布与传统变压器存在很大差异。因此，对于高温超导变压器的电磁场分析，需要使用适当的有限元模型来进行仿真计算。
2.高温超导变压器的有限元模型
2.1传统的线圈有限元模型
传统超导变压器通常使用铜线圈作为传导材料，电磁场分布主要取决于线圈的导体特性。因此，传统的有限元模型可以使用传导方程来描述，通过对线圈的电流密度进行建模来计算电磁场分布。然而，由于高温超导材料的低电阻特性和电流的逆流分布，传统的有限元模型在描述高温超导变压器的电磁场分布时存在问题。
2.2高温超导材料有限元模型
为了准确描述高温超导材料的电磁场分布，可以采用复杂的有限元模型，考虑高温超导材料的非线性和磁滞特性。这种模型通常使用非线性方程，如Gibbs自由能方程来描述高温超导材料的磁滞特性，并采用Biot-Savart定律计算电磁场分布。然而，这种模型通常计算量较大，耗时较长，不适用于大规模超级变压器的仿真计算。
3.不同模型的对比分析
本文选取了两种不同的有限元模型对5kVA高温超导变压器双饼线圈进行了仿真分析，并对结果进行了对比和评估。
3.1传统线圈模型的仿真结果
传统线圈模型采用传导方程描述了线圈的电流密度分布，并通过计算得到了电磁场分布。仿真结果显示，在正常工作状态下，双饼线圈的电磁场分布较为均匀，与传统变压器的电磁场分布相似。然而，在高温超导材料的特殊性下，线圈的电流分布存在一定的不均匀性，导致一些局部区域的磁场较强。
3.2高温超导材料模型的仿真结果
高温超导材料模型采用了非线性磁滞特性方程描述了线圈的磁滞特性，并通过Biot-Savart定律计算了电磁场分布。仿真结果显示，在高温超导材料的作用下，线圈的电流分布呈现出更均匀的特性，磁场分布更加均匀。
4.结果分析与讨论
通过对比分析不同模型的仿真结果，可以发现高温超导材料模型相对于传统线圈模型具有更好的电磁场分布均匀性。这是由于高温超导材料的低电阻和电流的逆流分布。然而，高温超导材料模型的计算量较大，耗时较长，不适用于大规模超级变压器的仿真计算。
5.结论
本文对5kVA高温超导变压器双饼线圈的不同有限元模型进行了对比分析，并对结果进行了评估。研究结果表明，高温超导材料模型相对于传统线圈模型具有更好的电磁场分布均匀性。然而，高温超导材料模型的计算量较大，耗时较长，不适用于大规模超级变压器的仿真计算。因此，在实际工程应用中，需要根据具体情况选择适当的有限元模型进行电磁场分析。