100kA超导变压器的电磁分析

为测试与认证CFETR和未来聚变堆用高性能、大电流的大型超导导体,设计了一套超导导体测试装置所需100k A级超导变压器。变压器的初级绕组采用直径为0.87mm的单根Nb Ti股线绕制,总匝数为4,290匝;而次级绕组采用ITER校正场CICC导体同轴绕制于初级绕组外部,总匝数为4匝。详细介绍了超导变压器的主要设计参数;并通过有限元软件完成了电磁回路耦合、电磁场、电磁应力等相关电磁分析。结果表明:参数设计符合要求、超导变压器能安全稳定地运行。     

80kA超导变压器绕组的电磁分析与实验研究

为了满足未来聚变堆用CICC导体的测试需要,中国科学院强磁场科学中心正在研制一套大型的CICC导体测试系统。80k A超导变压器作为导体样品的电流源,是测试系统的关键部件。其绕组由单根Nb Ti股线密绕的初级绕组和采用ITER CC导体绕制的次级绕组组成。首先详细介绍了80k A超导变压器绕组的设计参数和研制过程,然后采用数值方法对其电磁特性进行了仿真分析。最后,采用低温液氦实验和自动电桥平衡测试方法分别对变压器初级绕组和次级绕组进行了详细的研究,从而对超导变压器绕组的电感和磁场分布等电磁特性进行了的准确评估。     

800 kV高变比螺旋线型空芯变压器的研制

 介绍了螺旋线型空芯脉冲变压器的基本理论及设计中的关键技术,设计了一台高变比螺旋线型空芯脉冲变压器,此空芯变压器初级为紫铜皮沿绝缘外筒内壁螺旋绕制三匝,次级为锥形高压绕组,约1 800匝。其初级充电电压只需要几kV,因此初级开关采用可控硅,而不需要晶闸管,这样将使初级回路及初级电容体积大大减小。 对设计的空芯变压器进行了模拟计算和实验研究, 实验结果表明： 在初级储能电容充电为2 400 V时,变压器次级所接形成线负载的输出电压达到900 kV,充电时间约为32.6 μs。     

超导线圈绕制过程的力学行为研究

为了增加超导线圈中导线的占空比, 提高超导磁体正常运行时的机械稳定性, 通常在超导线圈绕制过程中施加一定的绕制张紧力. 绕制张紧力的大小会对超导磁体的失超特性和退化性能产生重要的影响, 因此有必要对绕制过程中的机械应力进行详细的分析. 本文仔细地分析了绕制过程中导线的受力情况, 进行了一些合理的假设和近似, 提出了研究超导线圈绕制应力的理论模型, 并根据轴对称结构的弹性力学方程式推导了计算超导线圈应力应变分布的理论公式. 基于该模型分别研究了单一绕组的超导线圈和双绕组的超导线圈的绕制应力, 分析了绕制张紧力和绕组的各向异性特性对径向应力和环向应力的影响. 在该理论模型分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变行为, 为高性能超导线圈的设计和建造提供理论指导. 关键词： 超导线圈 机械稳定性 绕制张力 应力     

脉冲变压器锥形高压绕组研制

以电工绝缘约板为骨架材料,采用湿纸成型工艺制成锥形高压绕组的骨架.为了改善绕组电压分布,其绕制方式选用三段线法:第一段与第三段均用尼龙线与漆包线间隔绕制,第二段用细漆包钱均匀密绕.实验证明,所研制的高压红组结构合理,装配方便,满足脉冲变压器在单次工作电压1.75MV、重复频率100HZ,工作电压1.65MV下稳定运行的要求.     

并绕铜带对高温超导绕组交流损耗影响实验研究

在许多超导电力设备的应用中,超导绕组的机械性能和电流过载能力是关乎设备运行安全性和可靠性的重要现实问题。利用铜线(或铜带)与高温超导带材平行绕制的方法是解决这一问题的可行方案之一。但这种方案有可能带来额外的交流损耗。为了研究这一问题,制作了两个尺寸相同的超导绕组,绕组内径70mm,外径90mm,高45mm,其中一个绕组由超导带与铜带并绕而成,另一个则由超导带材单独绕制而成。两个样品使用的超导带材均为一代Bi-2223/Ag高温超导带,宽4.6mm,厚0.22mm;铜加强带宽5mm,厚0.1mm。采用了卡路里法对比研究了两个样品的交流损耗。实验结果显示加入铜带没有明显增加超导绕组的交流损耗。因此,超导绕组中并绕铜带不失为一种有效提高超导绕组机械性能和过载能力的方法,在超导电力设备中有一定的应用价值。     

超导磁体绕制预应力有限元分析北大核心CSCD

为保证绕组平整,导线排列紧凑,避免超导磁体运行时因导线过大移动而造成大的机械扰动,在绕制磁体过程中需要对超导线施加适当的绕制张力.超导磁体绕制过程中的预应力问题是一个非线性问题.每绕制一层导线,已绕制导线层中的预应力均会发生改变,磁体中预应力的分布很难用方程来近似表达.本文提出了研究超导磁体绕制应力的详细有限元模型,为导线建立独立模型,为每匝导线施加绕制张力,采用非线性结构分析,动态模拟绕制过程.基于该模型研究了传导冷却超导磁体的预应力,分析了绕制张力对环向应力和径向应力的影响.在该分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变特性,为高性能超导磁体的设计和建造提供理论指导.     

超导磁体绕制预应力有限元分析

为保证绕组平整,导线排列紧凑,避免超导磁体运行时因导线过大移动而造成大的机械扰动,在绕制磁体过程中需要对超导线施加适当的绕制张力.超导磁体绕制过程中的预应力问题是一个非线性问题.每绕制一层导线,已绕制导线层中的预应力均会发生改变,磁体中预应力的分布很难用方程来近似表达.本文提出了研究超导磁体绕制应力的详细有限元模型,为导线建立独立模型,为每匝导线施加绕制张力,采用非线性结构分析,动态模拟绕制过程.基于该模型研究了传导冷却超导磁体的预应力,分析了绕制张力对环向应力和径向应力的影响.在该分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变特性,为高性能超导磁体的设计和建造提供理论指导.     

基于双锥形绕组铁芯变压器的三谐振脉冲变压器

研制了一台基于双锥形绕组铁芯变压器的三谐振脉冲变压器,具有结构紧凑、小巧轻便等优点。铁芯变压器磁芯由0.08 mm的硅钢薄带绕成半月形闭合结构,放置于铝制紧固件中;初次级绕组采用双绕组并联结构,两个锥形高压绕组对称绕制在刻槽的有机玻璃骨架上并将高压从圆筒中轴线引出,改善了绕组电场分布的不均匀性并实现了高压的同轴输出。铁芯变压器、LC调谐回路和27 pF脉冲形成线组成三谐振回路,其中谐振电容为同轴结构电容,谐振电感由直径0.08 mm的漆包线不均匀绕制于刻槽的有机玻璃绝缘体上。实验结果表明,该三谐振脉冲变压器最大工作电压大于800 kV,充电时间约为650 ns,同时也验证了将双谐振铁芯脉冲变压器改造成三谐振脉冲变压器具有可行性。     

提高锁相放大器测量交流磁化率精度的方法

在交流磁化率的测量实验中,互感法是常用方法,通常是利用线圈绕组和锁相放大器组合来测量样品在线圈中引起的电感变化.但这种方法其背景信号随绕组的增加而增大.本文采用2对线圈绕组并把两初级线圈反绕、两次级线圈同向绕的设计,减小背景信号,实际使用证明,经改进后测量灵敏度和测试精度都有很大提高.     

Flußleitung für reversible magnetische Vorgänge in Fe-Drähten toroidaler Geometrie an verschiedenen Punkten der Hystereseschleife

Fluxconduction for reversible magnetic events, i.e. the variation of the voltage induced in a secondary coil in dependence on the distance from a primary coil was measured for Fe-wires in toroidal geometry on various points of the hysteresis curve. A strong dependence of fluxconduction on the external magnetic field existed. At the coercitive field strength fluxconduction reached its maximal value. The calculated and the measured values were in good agreement.     

在小型制冷机中测量薄片交流磁化率以决定超导转变温度的装置

本文介绍了一种利用电磁感应原理和超导磁效应,在小型制冷机中测量超导体转变温度的装置.本装置包括密闭的真空室、压缩制冷机、真空泵、真空计、锁相放大器、温控仪、计算机、线圈绕组.其中,线圈绕组置于真空室内,由初级线圈和次级线圈组成,初级线圈和次级线圈分别绕制在两个线圈骨架上;被测超导薄片材料放置于初级线圈和次级线圈之间;压缩制冷机用来为超导材料制冷;真空泵用来对真空室抽真空;温控仪用来测量和控制真空室内的温度;锁相放大器为初级线圈提供交流电压信号,并测量次级线圈的电信号以得到交流磁化率值;计算机记录温控仪测得的温度数据和锁相放大器测得的次级线圈的电压信号,并显示锁相放大器测得的次级线圈的电压信号随温度变化的曲线.实验证明该装置可以通过测量超导体交流磁化率的变化测得超导转变温度,具有自动化测量及测试成本低等特点.     

测量低频大电流的自积分罗氏线圈设计

为测量电容储能脉冲功率源模块电流,设计了磁芯式自积分罗氏线圈。给出了磁芯的选择方法,分析了磁芯饱和问题。解决饱和问题的方法是使用饱和磁感应强度较大的材料,对测量线圈施加去磁磁场,以及等效减小线圈的励磁电流。分析表明:通过增大磁芯直径和截面积,选取线径合适的导线多层绕制的方法来增大线圈自感与电阻比值,可以有效提高线圈的测量幅值范围。使用设计的线圈实测了脉冲功率源模块电流,通过改变模块的充电电压,可以得到线圈出现饱和时对应的电流值。实验结果与理论分析相符合。对于脉冲功率源模块的ms量级脉冲电流信号,改进后的自积分线圈测量范围可以超过50kA。     

直线变压器驱动源馈入方式模拟研究

在采用以水介质形成线馈入直线变压器初级的技术路线来研制脉冲功率源时,馈入方式影响着变压器的参数及电磁波的传输。运用Maxwell等软件,从场均匀性的角度对不同馈入方式进行了模拟分析,结果显示:单侧馈入时,变压器初级线圈内的电流密度分布很不均匀,激磁电感比一般等效公式计算的结果大很多,但对耦合系数影响微小;四侧馈入能获得更大的场均匀性,但成本高,设备复杂;双侧馈入的方式能以较低的成本大幅提高场均匀性,为建议采用的馈入方式。     

准分子激光用矩形脉冲磁场线圈的研制

 叙述用于准分子激光实验的矩形磁场线圈的设计、加工工艺及实验结果。该线圈内表面尺寸为925×425×100mm³，用此线圈在激光腔内得到了磁感应强度为0.225T的磁场，在准分子激光实验中明显地改善了电子束的均匀性。     

Ultrametricity in the externally-induced conformational substates of disordered polymers

We investigate the ergodicity breaking in phase space for biopolymers which fold under the influence of an external field. The polymers have random primary sequences and the interactions among monomeric units are of the volume-excluded type. The replica symmetry breaking is shown to have two distinct sources: the two-body interactions between disordered links and the interaction of the random self-avoiding coil with the localized attractive field.     

Optimization of a quadrature birdcage coil for functional imaging of squirrel monkey brain at 9.4T

A quadrature transmit/receive birdcage coil was optimized for squirrel monkey functional imaging at the high field of 9.4 T. The coil length was chosen to gain maximum coil efficiency/signal-to-noise ratio (SNR) and meanwhile provide enough homogenous RF field in the whole brain area. Based on the numerical simulation results, a 16-rung high-pass birdcage coil with the optimal length of 9 cm was constructed and evaluated on phantom and in vivo experiments. Compared to a general-purpose non-optimized coil, it exhibits approximately 25% in vivo SNR improvement. In addition to the volume coil, details about how to design and construct the associated animal preparation system were provided.     

Inverse design of an organ-oriented RF coil for open,vertical-field,MR-guided,focused ultrasound surgery

The advantages of open, vertical-field, magnetic resonance-guided, focused ultrasound surgery (MRgFUS) are attractive. The inverse technique using the bi-boundary conditions is proposed to design a uterine-oriented intraoperative RF coil with an ultrasound aperture for the MRgFUS system. In the current proposed scheme, the desired magnetic field of the RF coil was set to completely overlap the target organ. The current density distribution on the RF coil surface, accounting for the expected magnetic field, was solved using the inverse technique. The stream function was available through the ‘discretization’ of the current density distribution on the RF coil surface. The coil windings were obtained from the contour plot of the stream function. As a modification of previous designs, the bi-boundary conditions are proposed in the inverse technique for the existence of the ultrasound aperture. Based on the obtained coil windings, a prototype coil was constructed. MR imaging of the phantom and the human body was performed to show the efficacy of the prototype coil. The results of temperature measurement using the prototype coil in a 0.4-T MR system were satisfactory. The performance of the prototype coil improved compared with the previously reported design.     

31P NMR表面线圈探头射频场B1的空间分布特性研究

对本实验室自制的³¹P表面线圈探头的射频场B₁强度的空间分布和脉冲宽度进行了初步研究.结果表明该表面线圈中心的90°脉冲约为10μs.得到的信号主要是线圈圆周内射频场B₁作用的结果,在垂直线圈平面的方向上随距离增加,信号迅速减弱.因此该表面线圈射频场B₁有效的作用范围在一个近半圆球体内,底面积半径约为线圈外半径,有效作用深度约为线圈半径.     

Critical current measurement in superconducting rings using an automatic inductive technique

A measurement technique was developed to identify the critical current of superconducting rings. It is based on the detection of the voltage on a secondary coil when the current induced in the superconductor by a primary one go beyond to the critical value. The technique uses a DC power supply to control the AC current circulating by the primary circuit. Such circuit mainly consists on an AC power supply which gives a constant AC voltage, a primary inducting coil and a control coil with iron core. The AC current circulating by this circuit is modified with the change in the impedance of the control coil due to the fact of the DC current supplied by the power supply in parallel with it.