高温超导空芯脉冲变压器的可行性研究

为了研究高温超导空心脉冲变压器的可行性,文中建立了一个由五个超导双饼组成的空芯脉冲变压器模型.采用有限元方法对变压器模型的电感矩阵进行计算,并在此基础上分析了两种不同的绕组联接方式.我们制作了一个由五个高温超导双饼组成的实验用空心脉冲变压器.由于环流的影响,实验结果部分与期望值相符,对高温超导空心脉冲变压器的设计具有一定参考意义.     

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。     

兆瓦级单边高温超导变压器设计及电磁特性分析

超导材料载流能力的提升及价格的下降,使得超导变压器在电力方面的应用具有广泛的前景.本文设计了一种三相1MVA级单边高温超导变压器并进行了电磁仿真计算.该变压器的铁芯为三柱式;高压绕组采用常规铜线材进行绕制,采用分段式结构;低压绕组使用铜包覆的第二代高温超导带材,由8饼线圈并联组成,并放置在装有液氮的复合玻璃钢杜瓦内.为了验证设计的合理性,使用有限元方法,对该变压器进行了数值分析,电磁仿真结果与设计值相符,对后续的经济实用型超导变压器制造具有指导意义.     

用于脉冲电源的高温超导脉冲变压器模型及其参数影响分析

高温超导脉冲变压器用于能量存储以及电流脉冲放大,是电感储能型脉冲电源的重要设备。为了合理地设计高温超导脉冲变压器线圈的几何参数,满足脉冲功率系统体积小型化和储能密集化的发展趋势,本文选择了同轴饼式线圈叠加结构的脉冲变压器模型,利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell进行建模仿真,分析了几何参数对高温超导脉冲变压器原边超导线圈的临界电流密度、储能容量、线圈中超导带材的受力以及变压器耦合系数的影响。通过对仿真结果的综合分析,得出原边超导线圈的高厚比小于0.3时,小型高温超导脉冲变压器可以获得较高的性能,为脉冲功率技术的基础性实验验证研究提供了一定的理论基础。     

小型YBCO超导脉冲变压器线圈结构优化设计

超导脉冲变压器在电感储能的脉冲功率电源技术中具有非常大的应用潜力.设计合理的线圈结构参数,可以减小脉冲功率电源系统的体积和成本.本文基于YBCO超导带材的临界特性,探讨了高温超导线圈的临界电流计算方法,以饼式线圈叠加形式为超导脉冲变压器的基本结构,通过有限元仿真软件Ansoft Maxwell建模分析了结构参数对脉冲变压器中超导线圈的最大磁场、临界电流密度、储能和变压器耦合系数的影响.通过结果分析,确定了能够实现较大储能和较高耦合系数要求的结构参数范围,最后综合脉冲功率电源的要求选择了一个小型高温超导脉冲变压器的结构参数.     

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。     

高温超导变压器绕组的研究现状与设计技术展望

高温超导变压器是通过用高温超导带材取代铜导线绕制超导绕组,液氮取代变压器油作为冷却介质,超导绕组在液氮环境中运行,以达到提高能效并减少电力传输损失的变压器。针对高温超导变压器的绕组设计,从超导变压器的绕组材料、绕组结构、绕组布局三方面比较了近年内美、日、韩、中国等具有代表性的高温超导变压器绕组的研究现状,通过综合比较和分析国际上各种主流复合超导体的结构特征,设计方法等关键技术,提出了未来高温超导变压器的绕组设计需要以提高临界电流,减少绕组漏磁场尤其是其径向分量,以及降低交流损耗为目标。     

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...     

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。     

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.     

两种基于超导脉冲变压器的脉冲电源研究

为探索电感储能的脉冲电源,介绍了两种利用超导脉冲变压器储能和脉冲放大的脉冲电源模式,分别分析了两种脉冲电源的工作原理,以同一个实验用小型超导脉冲变压器的实际参数为依据,对两种脉冲电源模式进行了仿真计算,并分别分析了不同限压等级条件下的脉冲输出特性及效率特性。结果显示,两种电源模式都对超导脉冲变压器的原边有较好的限压,不过,利用电容限压的模式的综合性能要好于利用非线性电阻限压的模式。     

不同线圈结构高温超导脉冲变压器电磁性能分析

高温超导脉冲变压器是电感储能型脉冲功率电源的重要设备之一,在脉冲功率技术中有良好的发展前景。选择合理的线圈结构,能提升超导脉冲变压器的储能密度,降低脉冲功率电源的成本。设计了采用D型、跑道型线圈的单模块超导脉冲变压器,利用有限元仿真软件Ansys EM建立了三种结构超导变压器的模型,计算并分析了结构对脉冲变压器耦合系数和超导线圈储能密度的影响。仿真结果表明,当带材总量一定,圆环形线圈和D型线圈单模块超导脉冲变压器的储能容量和耦合系数较高,跑道型线圈较低;考虑线圈中心空气域,D型线圈变压器的超导线圈储能密度最大。     

An Optimize Design of HTS Transformer :Multi-Width and Multi-Distance Structure北大核心CSCD

高温超导变压器由于具有体积小,交流损耗低等优点而在电网中占有非常重要的作用.本文设计了一种三相1 MVA容量的混合行高温超导变压器,为10 MVA大容量的高温超导变压器的设计提供技术经验.其中,高压绕组采用常规Cu导线;低压绕组采用YBCO第二代高温超导带材,由12个饼并联绕制而成.为了优化其结构,采用了有限元分析方法,在Opera-3D中建立了“磁-路”耦合模型并进行计算.计算结果表明,低压线圈中的电流分布不均匀,导致了材料的浪费并且可能造成线圈损坏.因此,我们采用复合带宽线圈替换相同带宽的线圈,即:12根带材的宽度与其承载的电流的大小成正比.结果给出了复合带宽线圈中每个饼的电流分布情况,表明复合带宽线圈可以应用于变压器中.同时,为了提高低压线圈中电流的均一性,我们提出了多间距结构,并且将实验电流与临界电流的比值定义为电流均一度.结果显示修改后的设计有更好的电流均一性.     

一种高温超导变压器的优化设计:复合带宽及多间距结构（英文）

高温超导变压器由于具有体积小,交流损耗低等优点而在电网中占有非常重要的作用.本文设计了一种三相1 MVA容量的混合行高温超导变压器,为10 MVA大容量的高温超导变压器的设计提供技术经验.其中,高压绕组采用常规Cu导线;低压绕组采用YBCO第二代高温超导带材,由12个饼并联绕制而成.为了优化其结构,采用了有限元分析方法,在Opera-3D中建立了"磁-路"耦合模型并进行计算.计算结果表明,低压线圈中的电流分布不均匀,导致了材料的浪费并且可能造成线圈损坏.因此,我们采用复合带宽线圈替换相同带宽的线圈,即:12根带材的宽度与其承载的电流的大小成正比.结果给出了复合带宽线圈中每个饼的电流分布情况,表明复合带宽线圈可以应用于变压器中.同时,为了提高低压线圈中电流的均一性,我们提出了多间距结构,并且将实验电流与临界电流的比值定义为电流均一度.结果显示修改后的设计有更好的电流均一性.     

500 kVA/10 kV高温超导变压器设计及稳态特性研究

设计了一台500 kVA/10 kV单相高温超导变压器,对其在工况下的电磁特性与温度特性进行仿真研究。根据工程经验公式给出超导变压器的铁心规格与绕组结构等重要参数,使用有限元软件建立了超导变压器的二维轴对称仿真模型,基于高温超导体的H方程与传热理论,计算超导变压器正常运行时的磁通密度、温度及交流损耗。仿真结果表明,在超导变压器绕组端部存在较大的径向漏磁通,导致端部线圈损耗较大、温度较高,需采用适当方法减小径向漏磁通。     

结构参数对高温超导绕组线圈磁化损耗影响分析

为了研究高温超导电力设备的绕组密度对其磁化损耗的影响,优化绕组线圈结构,减小交流损耗。利用有限元仿真软件,建立了多匝双根单饼线圈绕组的二维轴对称模型。在外加交变磁场条件下,分别改变超导绕组线圈匝数、匝间间距,分析磁化损耗的变化规律。结果表明,线圈间存在屏蔽作用,在一定范围内,超导线圈匝数越多,磁化损耗越小,匝间间距与超导线圈的磁化损耗正相关。     

1.2MV脉冲变压器设计及实验研究

介绍了1.2 MV脉冲变压器的设计方法,采用螺旋渐开式绕组逐渐增大绕组对磁芯的绝缘距离,用ANSYS程序模拟脉冲变压器中的场强分布情况,最大场强不超过18 kV/mm。通过实验研究有效解决了绕组对绝缘支撑的局部放电现象,得到了1.2 MV的高压脉冲输出,单次运行时间达到1 min,重复频率100Hz,验证了所采用的设计方法的可行性。     

基于多导体传输线理论的脉冲变压器锥形绕组电压分布数值分析

 为了研究脉冲变压器锥形绕组在脉冲电压作用下的电压分布特性，采用多导体传输线方法，根据实际脉冲变压器锥形绕组的结构，建立了电气参数有限元简化计算模型及等效多导体传输线分析数学模型，以此模型计算了锥形绕组在脉冲电压激励下匝间的电压分布。计算结果表明，此模型可对脉冲变压器锥形绕组的电压分布进行有效计算，对绕组匝间绝缘设计有一定的参考意义。     

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。     

脉冲变压器锥形绕组电压分布数值分析

为实现高压、大电流脉冲变压器在高重复频率电压作用下稳定运行，变压器的绝缘选择与布置是其设计时重点考虑的问题之一。在短脉宽、高幅值的电压作用下，变压器绕组本身形成了一个不均匀场，如果绕组绝缘结构设计不当，就很容易在绕组的局部产生畸变的强电场，导致变压器绕组击穿，对脉冲功率发生装置的研制工作造成了极大的危害。这种现象在高频下更为明显。因此，研究高功率脉冲变压器绕组的电压分布，采用适当的措施实施有效方法进行绕组结构优化设计，改善高功率脉冲变压器绕组的电压分布，将会在很大程度上提高高功率脉冲变压器重复工作的能力，对保证高功率脉冲发生器可靠、安全运行具有重要的理论与工程意义。