高温超导带材临界电流各向异性的试验研究

二代高温超导带材因其机械和磁场下的性能优于一代带材,近年来受到广泛关注。文中针对高温超导带材的特点,结合实验室的现有设备,设计了超导带材临界电流的测试平台,对三种二代高温超导带材在77K、不同磁场、不同角度下的临界电流进行了测量,分析了其在不同背景磁场和磁场角度下的各向异性,并用插值法拟合出了其临界电流与磁场及其角度的关系曲面,为超导磁体设计中高温超导带材临界电流的计算提供依据。     

高温超导磁体临界电流影响因素的研究

临界电流值是描述Bi2223高温超导带材性能的一个基本参数,在一定的温度条件下,Bi2223高温超导带材的临界电流是带材所在位置磁场大小和磁场方向的函数,其短样的临界电流值可以通过四引线法测量,单根超导带材的自场很小,磁场对临界电流的影响可以忽略.高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的最小电流,高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多,磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同,很难用理论的方法准确计算磁体的临界电流.对于高温超导磁体而言,除了磁场的影响因素以外,绕制磁体所用的超导带材自身的均匀性也是影响其临界电流的一个重要因素.本文对这两个因素进行探讨,并着重讨论高温超导带材自身的均匀性对临界电流大小的影响,本文的结论可以为高温超导磁体的设计、磁体绕制时带材的选择、磁体运行时安全工作电流的确定提供帮助.     

YBCO高温超导磁体临界电流密度快速确定方法

基于绘图法基本原理,以及YBCO高温超导带材的临界电流特性,采用有限元电磁场分析软件AnsoftMaxwell建立了空心圆柱磁体模型.根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流密度随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场的分布.基于以上工作提出了一种利用Ansoft电磁场分析软件快速确定YB-CO高温超导带材临界电流密度的方法.     

Bi-2223/Ag高温超导带临界电流各向异性的实验测量及分析

本文介绍了Bi-2223/Ag高温超导带临界电流各向异性的实验测量方法及原理,指出了在不同磁场方向(与超导带面夹角)下,Bi-2223/Ag带临界电流随直流背景磁场的变化规律以及实验应注意的问题.Bi-2223/Ag带材的各向异性决定了其临界电流对垂直于带材表面的磁场非常敏感,这是该带材在高温超导磁体等强电应用方面的不利因素.     

高温超导带材临界电流角度依赖性测量分析

第二代高温超导带材与第一代相比,有着载流能力强、交流损耗低、无需贵金属等优点,在超导电力应用中有广阔前景。高温超导带材临界电流在外磁场的影响下会发生衰减,超导带材临界电流的角度依赖性是超导电力装备设计必不可少的参数。实验选取温度50～77 K、磁场0～3.5 T、磁场角度0～360°区间,分别测量了上海超导、苏州新材料等厂家生产的市面主流第二代高温超导带材的临界电流,分析了不同背景磁场大小及角度下超导带材的各向异性。结果表明,各厂家生产的超导带材具有明显的各向异性。     

Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流实验研究

为了研究磁场、温度对Bi-2223/Ag带材超导性能的影响,建立了一套测量带材临界电流的实验装置,该装置能够提供稳定的背景磁场,控温精度最高可达±20m K,在零场、控温(77.3K)条件下样品的临界电流测量值与带材给定参数基本吻合,表明该装置测量精度满足要求;文中将高温超导带材放在特制控温罩中,使用He气冷技术和温控系统调节样品温度(4.2—80K),测量了在0—12T背场下高温超导带材的临界电流,并系统地分析了Bi-2223/Ag带材临界电流对温度和磁场的依赖关系。     

磁场下高温超导带材临界电流试验研究

高温超导带材在受到外界磁场的影响时,临界电流会发生衰减,衰减程度由外界磁场的方向和强度决定.本文研究了第一代和第二代高温超导带材在不同方向、不同大小的磁场下,临界电流的变化情况.在温度77K、0~0.4T垂直磁场和平行磁场下,分别对比测量了北京英纳超导技术有限公司、日本住友公司、American Superconductor、Superpower、日本藤仓和韩国苏南生产的第一、第二代高温超导带材样品的临界电流.文中详细介绍了试验情况,包括电路搭建、线材固定方法和测量标准.通过比较这些样品的测试结果,为高温超导带材的应用提供有价值的参考.     

背景磁场下Y系超导带材临界电流的测量

高温超导电力装置一般工作于低磁场情况下,测量超导带材在低场下的临界电流特性非常重要.文中通过自行设计的实验平台,采用四引线法对Y系超导带材低场下的临界电流特性进行了测量,得到了带材临界电流随外加磁场变化的曲线,并与Bi系带材低场下的临界电流特性进行比较.     

高温超导带材的临界电流各向异性的实验研究

高温超导带材的临界电流在77K不同磁场大小和方向上相差很大, 表现出强烈的各向异性.我们对此进行了仔细的实验研究,得到了磁场与超导带带面任何夹角情况下临界电流非常简单的解析经验表达式:只要得到在平行场和垂直场下临界电流的变化特性就可以计算出任何磁场与超导带面夹角下的临界电流,计算结果与实验结果吻合得很好,对高温超导带材的应用研究具有重要的实际意义.     

高温超导体Bi-2223复合带材剩余磁场测量研究

本文首次用一维霍尔探头阵列测试了铋系高温超导带材的剩余磁场.通过剩余磁场与临界电流的关系可以进一步换算出带材的临界电流,实现对带材传输性能的无损、无接触测量,为今后长带的连续检测提供重要的测试手段.磁测量能更准确、更全面的反映带材的本征特性,是今后高温超导带材性能测试的重要方法.     

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.     

跑道型Bi系高温超导双饼线圈I～E特性计算与实验研究

本文使用Ansys有限元分析软件,建立三维跑道线圈模型,考虑超导线截面电流密度的非均匀分布特性,计算Bi系高温超导双饼线圈中各区域磁场分布、临界电流分布、电流密度分布和电场分布,从而计算线圈的I～E关系曲线,为超导线圈提供一个更为准确的检验标准,对照线圈的测试结果,用此程序计算的线圈I～E关系曲线与测试曲线吻合的较好.     

Evaluation of critical current based on a new transition concept

The critical current of high-temperature superconductor (HTS) tapes depends on temperature, magnetic field, and flux angle against the tape. Analyzing the performance of an HTS coil relies on the critical current equation, which has these dependencies. To date, the critical current equation has been obtained by fitting the measured data. However, this fitting method requires the time-consuming and laborious work of measuring the tapes. In this study, based on a new transition concept in applying a magnetic field, we show how to obtain the critical current equation, while keeping the temperature constant. From the wave function of the Cooper pair which distributes along a magnetic flux quantum, a wave function at the transition state is obtained; this yields the wave functions with perpendicular and parallel magnetic components against the tape. Combining these wave functions yields the conclusive critical current density equation. To confirm the accuracy of this equation, used Bi-2223/Ag tapes, it was compared with the measured critical current under various magnetic fields and flux angles; it was found that they agree well. The parameters of this equation can be obtained by measuring the perpendicular/parallel critical magnetic field component. This equation does not require fitting the measured data, therefore, it can be employed with any Bi-2223/Ag tape.     

临界电流磁矢量分析法在YBCO线圈上的验证

高温超导磁体临界电流磁矢量分析法准确地预测了BSCCO高温超导磁体的临界电流,为了进一步验证该方法预测YBCO高温超导磁体临界电流的准确性,文中作者用9.3m二代高温超导YBCO带材绕制了一个内径为70mm,外径为100mm,共35匝的单饼,测试了单饼5-15匝,15-25匝,25-35匝和5-35匝在77K下的临界电流,并用磁矢量分析法进行了仿真分析。通过对比发现,仿真分析和实验结果的误差在5%左右,最大误差是6.75%,最小误差是4.77%,验证了磁矢量分析法在预测YBCO高温超导磁体临界电流时的准确性。     

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.     

Performance improvement of a high-temperature superconducting coil by separating and grading the coil edge

In this paper, we establish a model to analyze the transport current performance of a high-temperature superconducting (HTS) coil, considering the dependencies of critical current and n-value of an HTS tape on magnetic field and magnetic field angles. This analysis shows that relatively large electric fields appear at the coil’s edges, preventing improvement in the transport current performance of the coil. To solve this problem, in this paper, we propose a graded coil in which several coil edges of different heights are separated and graded. Analysis of its performance shows that the coil’s critical current increases, thus confirming that there exists an optimum coil cross section at which the stored energy and central magnetic field improve 2.1 times and 45%, respectively, compared with a typical rectangular coil that employs the same total length of the HTS tape. It is recommended that these results of the coil should be applied to SMES.     

时变外磁场中高温超导块材导向力性能的数值模拟

基于Bean临界态模型,针对目前的高温超导磁悬浮车系统,提出了一种模拟计算方法,该方法可计算在时变外磁场中块材导向力的衰减变化情况。通过对时变外磁场中块材温度、俘获磁通以及导向力等参数变化情况的实验结果和计算结果的对比,证实了该模拟计算方法的有效性。该模拟计算方法可用于定性研究高温超导块材的导向力性能在时变外磁场作用下的变化情况,为高温超导磁悬浮车的研究和工程实践提供了较为重要的科学依据。     

临界电流密度对场冷超导磁悬浮力的影响研究

基于Kim临界态模型,通过考虑超导块材内部屏蔽电流的穿透历史过程,讨论了场冷条件下临界电流密度对高温超导悬浮系统磁悬浮排斥力和吸引力的影响.结果显示:最大超导磁悬浮排斥力和吸引力均随临界电流密度的增加呈指数关系增加,并趋于饱和;场冷条件下的磁悬浮力回滞能量损耗远高于零场冷情况;存在一个磁悬浮力比率κ,κ值对于评价大电流...