脉冲功率系统储能型超导脉冲变压器放电研究

为了研究储能型超导脉冲变压器的电气参数对输出电流脉冲和效率的影响,介绍了储能型超导脉冲变压器的工作机理,运用MATLAB/Simulink软件对放电过程进行丁建模仿真.主要研究了储能型超导脉冲变压器放电电路的电阻参数(包括释能电阻与负载电阻)和电感参数(包括脉冲变压器原边电感和副边电感)对输出的电流脉冲和效率的影响.仿...     

Bi-2223/Ag超导闭合线圈的制备及其电流衰减特性的研究

本文研究了使用Bi-2223/Ag超导带材制备超导闭合线圈的工艺及超导闭合线圈中电流衰减的特性.在闭合线圈焊接点的制作上,分别采用了超导焊接和普通焊锡焊接两种不同方法.通过测量闭合线圈中心点的磁场衰减过程,观察了这两种闭合线圈中电流衰减的特性.实验发现,使用超导焊接技术制备的闭合线圈,电流衰减与时间的自然对数成线性关系,在线圈局部受损伤的情况下,上述关系仍然成立;使用普通焊锡焊接方法制备的闭合线圈,电流衰减不存在上述关系,但也不是时间的e指数函数.     

基于PWM整流器双闭环控制的超导电磁储能功率调节器的研究

本文基于电压型超导电磁储能系统(Superconducting Magnet Energy Storage,简称SMES)的基本结构和工作原理,结合脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称PWM)整流器的应用,建立了三相电压型PWM整流器控制的超导电磁储能系统的数学模型.设计了具有前馈解耦控制的PWM整流器双闭环控制系统,并运用Mat-lab/Simulink仿真分析软件对基于PWM整流器的超导电磁储能双闭环控制系统进行了仿真研究.仿真结果表明PWM整流器双闭环控制策略应用于SMES电压型SMES功率控制器比直接电流控制等传统的控制策略反应速度更快,向电网注入谐波电流更小,有利于提高了电网的稳定性.     

窄丝化工艺对第二代高温超导带材临界电流特性的影响

超导带材应用于超导电力设备时,其临界电流特性受外界交变磁场大小和方向的影响,展现出明显的各向异性.为了减小外场对超导带材的影响,本文通过窄丝化工艺将4 mm宽的高温超导带材分切成2 mm宽的高温超导细丝.本文通过冷热循环疲劳测试实验和带材显微观察两个角度相互验证,对2 mm超导细丝临界电流性能做了具体评估.创新性地提出"在窄丝化工艺中引入电镀铜工艺作为过渡来改善超导细丝临界电流特性",通过实验以及显微观察证实"电镀铜工艺能够在超导细丝表面生成铜保护层,有效降低超导细丝临界电流的衰减".本文也为后续超导细丝在复合结构的应用中提供了重要参考.     

高温超导混合脉冲变压器的研制与放电测试研究

为了利用脉冲变压器模式有效提升输出电流,介绍了一种在常规脉冲变压器基础上引入超导技术混合应用的方法.通过理论分析和参数计算,研制出了由3个超导双饼绕组和2个单饼式铜绕组组成的实验用高温超导混合脉冲变压器.对研制好的混合变压器进行脉冲放电测试,实验结果表明:在初始电容器充电610V的条件下,变压器副边实现2.6kA的大电...     

基于改进型Z源混合变换器的高温超导线圈放电控制研究

超导磁储能系统(SMES)是利用超导磁体以电磁能的形式将电能储存起来,特点是功率密度大,几乎无热损耗,响应速度快.其本质是以电感形式存储磁能,核心是超导线圈.由于在超导线圈的自然放电过程中,线圈电流会呈指数形式快速衰减,使得超导线圈的储能无法得到有效的利用,因此,需对超导线圈的放电进行控制,得到负载需要的稳定输出.本文针对超导储能线圈,提出一种应用于超导储能的DC/DC变换器电路拓扑,即改进型Z源混合变换电路,并分析了其工作原理及控制方法.结合PFM控制技术,提出采用滞环控制方式对变换器进行反馈控制,实现对超导线圈的稳定可控放电.通过PSIM仿真软件进行了仿真分析,仿真结果表明,基于滞环反馈控制的Z源混合DC/DC变换电路可以控制超导线圈的放电过程,得到稳定的输出,验证了该变换电路的的适用性.     

超导变压器绕组环流及漏磁场计算

高温超导变压器的漏磁场降低绕组中的临界电流并增加交流损耗;超导材料的零电阻特性使得绕组限制环流的能力极低.因此,在设计超导变压器时,进行磁场分析和环流计算显得尤其重要.本文采用场-路结合的方法,即在用ANSYS求得反映变压器各支路之间电磁耦合的电感矩阵的基础上列出电路方程,计算了变压器低压绕组5种不同形式的各支路电流分布,并进而分析了磁场.同时提出了减小环流和改善磁场分布的一些措施.     

应用于有源声辐射控制的一种组合次级声源

在分析多通道单极子次级源控制系统的基础上,提出一种幅度调节型组合次级声源,这种组合源由两个单极子声源构成,单极子声源的间距远小于声波的波长。文中就组合次级源在自由场中对不同初级声源辐射噪声的控制进行理论分析和实验验证,并与同等条件下的单极子次级源控制系统的降噪性能进行了比较分析。数值计算和实验结果均表明,对于不同的初级声场,在次级通道数相同的情况下,组合次级源控制系统可以得到比单极子次级源控制系统高的降噪量。     

基于YBCO的变压器型双面超导薄膜限流器

超导限流器对于其他限流器而言具有响应时间短、能够自动恢复等优点,是一种十分理想的限流器.相对于单面超导薄膜的结构特点,双面超导薄膜的失超电阻是其两倍,基于此提出了将双面超导薄膜应用于变压器型超导薄膜限流器中.通过理论分析并且进行实验对单面、薄膜双面串联情况下的限流效果进行了对比,并改变原边电感观察其对限流效果的影响.通过实验,副边负载以及变压器性能对限流效果影响明显.     

Bi-2223／Ag超导闭合线圈的制备及其电流衰减特性的研究

本文研究了使用Bi-2223／Ag超导带材制备超导闭合线圈的工艺及超导闭合线圈中电流衰减的特性．在闭合线圈焊接点的制作上，分别采用了超导焊接和普通焊锡焊接两种不同方法．通过测量闭合线圈中心点的磁场衰减过程，观察了这两种闭合线圈中电流衰减的特性．实验发现，使用超导焊接技术制备的闭合线圈，电流衰减与时间的自然对数成线性关系，在线圈局部受损伤的情况下，上述关系仍然成立；使用普通焊锡焊接方法制备的闭合线圈，电流衰减不存在上述关系，但也不是时间的e指数函数．     

超导变压器绕组带材抗短路冲击特性研究

为了研究超导变压器绕组带材的抗短路冲击的能力,制备了四组实验样品,用以模拟超导变压器原、副边绕组的运行环境,实验研究了超导带材并联不锈钢带材的抗短路冲击特性。实验结果表明,超导带材并联不锈钢带材后的抗短路冲击能力有明显的提升,这对超导变压器的研发与制作具有重要的应用参考价值。     

CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计

聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）超导磁体电源兼具大电流稳态运行、高功率脉冲运行和瞬态故障抑制能力的需求。换流变压器的短路阻抗与超导磁体电源的特性密切相关。为了优化超导磁体电源的性能,基于交直流系统的参数和换流变压器的等效电路模型,研究了换流变压器短路阻抗与超导磁体电源的输出电压、谐波电流、短路故障电流和无功损耗的关系。短路阻抗越小,超导磁体电源的额定输出电压越高,无功损耗越小,这些特性对CRAFT超导磁体电源的性能有利,但是短路故障电流和谐波电流增加,影响电源的短路故障抑制能力和谐波特性。在CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计时,首先短路阻抗必须满足直流电源的额定输出电压和故障电流抑制能力,其次,由于CRAFT超导磁体电源是多相变流器,仅产生高次特征谐波电流,含量少便于抑制,因而尽量选择较小的短路阻抗。     

Vertical Josephson interferometers for quantum computation

We characterize a niobium-based vertical Josephson interferometer which we propose to include in a superconducting loop for applications to quantum computation using flux qubits. The most interesting feature of this device is that the Josephson current is precisely modulated by a small transversal magnetic field parallel to superconducting loop plane from a maximum to zero, with fine control and precision. This device can be used to independently control the off-diagonal Hamiltonian terms of flux qubits and/or to control the flux transfer function of a superconducting transformer for inter-qubits coupling.     

新型高温超导复合导体的磁场仿真与实验分析

针对兆伏安级容量的超导变压器,通过绕组初步设计,考虑导体的电流密度、载流量和交流损耗,提出面向大容量超导变压器应用的新型超导复合导体结构,介绍了含内外超导层的新型高温超导复合导体的结构。引入电流矢量T和磁矢量势A的方法,考虑临界电流密度J_c和磁场B的关系,建立了导体不对称三维数值载流模型,计算分析了不同结构参数对导体临界电流的影响规律。通过绕制的新型高温超导复合导体短样,在液氮环境下对其自场临界电流进行了测量,计算结果和实验结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

高温超导变压器在电网中的应用

随着高温超导带材性能的不断提高,高温超导变压器在电力系统中的应用可以有效提高系统效率。在广泛调研的基础上,分析了高温超导变压器的关键技术以及目前的技术瓶颈。在此基础上,结合近几年来国内外对高温超导变压器的研究进展,对高温超导变压器的应用前景进行了分析,并给出了高温超导变压器的发展路线。     

基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源测控系统

为了监测脉冲电源的放电特性、控制脉冲电源的可靠工作,采用现代测试技术、虚拟仪器技术和数据库技术,设计了基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源测控系统,硬件系统由计算机、单片机、数据采集卡、驱动电路板和电压电流传感器等组成,软件系统采用LabVIEW来进行设计.在脉冲电源的测量算法中,采用基于EEMD的消噪算法,消除了噪声,采用基于最小二乘法的数据拟合算法,准确的测量出脉冲电源电流的峰值、脉宽等参数.实验结果表明,该系统可以实时监测和控制脉冲电源的工作过程,实现了电参数的在线测量和整体系统的闭环控制.     

基于补偿法的超导单元交流损耗测量系统设计

交流损耗是影响超导电力装置运行稳定性和成本的关键因素之一.本文提出了一种基于电压补偿法的大载流超导单元交流损耗测量方法,通过串联在回路中的大电流补偿线圈,抵消超导单元的感性电压来实现.在系统设计上,通过数据采集卡和运动控制器,获取超导单元、补偿线圈的电压信号,同时控制步进电机拖动补偿线圈.通过相位的对比计算,实现精确定位补偿,从而测量超导单元的交流损耗.最后,在不同频率下,测量了0.2 m长、110 kV/1.5 kA的高温超导电缆样缆的交流损耗,得出的交流损耗曲线与计算结果基本吻合.实验结果表明,采用补偿线圈的交流损耗测量系统具有自动检测、定位和测量功能,可以实现具有大电流容量超导单元交流损耗的准确测量.     

高温超导脉冲变压器线圈结构参数影响分析

用于脉冲功率电源的高温超导脉冲变压器,集超导储能与脉冲放电为一体,在脉冲功率技术中有着良好的发展前景。设置合理的线圈结构参数可以提升高温超导脉冲功率变压器的耦合系数和储能容量,满足脉冲功率电源小型化、轻量化的优化目标。本文利用有限元仿真软件Anysys EM,建立了同轴饼式线圈叠加结构的单模块变压器模型和环形结构的多模块变压器模型,根据磁场分布和后期计算,分析了结构参数对脉冲变压器耦合系数和原边超导线圈的储能的影响。仿真分析结果表明,在77 K时,采用相同用线量的情况下,单模块高温超导脉冲变压器耦合系数和原边电感线圈的储能随线圈高度减小逐渐增大;多模块高温超导脉冲变压器减小线圈高度、增大内半径能够获得较高的性能,为超导脉冲变压器的脉冲电源实验验证提供了一定的参考依据。     

基于超导储能脉冲变压器的多模块脉冲电源设计

为了探索一种更加紧凑的导轨型电磁推进基础实验用脉冲电源,以实验室现有高温超导储能脉冲变压器为单元模型,在单谐振电路脉冲成形方案的基础上,设计了环形结构的多模块脉冲电源,分析了环形结构中考虑互感的多模脉冲电源电路的充放电过程。通过对八模块环形结构脉冲电源进行仿真分析,得到了接近150kA的电流脉冲,原边电压限制13kV左右。可以得出,利用单谐振电路的多模块超导储能脉冲变压器并联放电方式,可以实现大电流脉冲的输出的要求,而且环形结构中各线圈存在的互感更有利于多模块脉冲电源。