磁耦合谐振式超导无线电能传输线圈转动对传输性能的影响仿真

磁耦合谐振式高温超导无线电能传输系统(SUWPT)在实际应用中,不可避免会发生发射接收两线圈所在的平面不平行的情况。本文针对半径360 mm的铜线圈和超导线圈的磁耦合谐振式无线电能传输系统接收线圈沿直径方向发生旋转的情况,通过参数计算及有限元仿真的方法,进行传输效率及功率的对比分析。结果发现,在线圈转动角30°时,超导无线电能传输系统的功率比传统传输系统的功率高约10%,且超导无线电能传输系统的传输性能相较传统传输系统的传输性能更好。     

基于高温超导线圈的共振式无线输电研究

磁耦合共振式无线电能传输技术因其可以实现中距离和高效率的电能传输而被广泛重视。采用超导线圈代替常规铜线圈的无线输电系统,因临界温度下具有较小的损耗和较高的品质因数,可望大大提高系统的能量传输效率。分别构建了基于高温超导发射线圈的超导无线输电系统和基于铜发射线圈的常规无线输电系统,实验研究了超导线圈和铜线圈无线输电系统的能量传输效率与轴向距离和径向距离之间的关系。仿真和实验结果表明:相同条件下,无线输电系统使用超导发射线圈代替铜发射线圈可以有效提高系统能量传输效率,并改善系统在线圈未对准情况下效率的衰减。     

基于超导中继线圈的磁耦合谐振式无线传输系统的传输效率分析北大核心CSCD

磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现较远距离和较大功率的能量传输.由于它的便利性和安全性,它可以被应用到各种电子产品的无线充电技术中.但由于传输效率和传输距离等问题,它还不能实现商业化.针对这些问题,本文提出用超导中继线圈替换常规中继线圈的方案.超导线圈相对于常规中继线圈可以承载更大的电流密度,有更低的电阻和更高的品质因数(Q),因此它可以减少线圈自身的阻抗损耗,传输更多的能量.本文实验结果表明:在相同条件下超导线圈的品质因数是铜线圈的三倍左右;并证明用超导线圈作为中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统可以提高传输效率和增加传输距离.     

基于超导中继线圈的磁耦合谐振式无线传输系统的传输效率分析

磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现较远距离和较大功率的能量传输.由于它的便利性和安全性,它可以被应用到各种电子产品的无线充电技术中.但由于传输效率和传输距离等问题,它还不能实现商业化.针对这些问题,本文提出用超导中继线圈替换常规中继线圈的方案.超导线圈相对于常规中继线圈可以承载更大的电流密度,有更低的电阻和更高的品质因数(Q),因此它可以减少线圈自身的阻抗损耗,传输更多的能量.本文实验结果表明:在相同条件下超导线圈的品质因数是铜线圈的三倍左右;并证明用超导线圈作为中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统可以提高传输效率和增加传输距离.     

谐振式磁耦合无线电能传输系统传输特性及实验仪设计

利用磁耦合理论,分析了谐振式磁耦合无线电能传输系统的传输特性,开发了一种谐振式双线圈磁耦合无线电能传输实验仪.利用LED负载直观定性地观测了系统的传输特性,实验测量了发射线圈高频等效电阻及系统输出功率与信号频率、传输距离和负载的关系,获到了最大传输功率条件和频率分裂规律.实验表明,线圈在MHz频率下趋肤效应明显,频率越高,等效电阻越大;磁耦合无线电能传输系统的谐振特性不仅与频率相关,还与耦合系数相关;最佳全谐振时输出功率和传输效率最大.本实验仪可拓展测量RLC串联电路稳态特性,工作稳定,实验与理论吻合好.     

高温超导磁共振成像射频接收线圈的研究

为了提高低场磁共振成像系统的信噪比,提出了具有失谐电路的Bi2223带高温超导射频接收线圈.该线圈采用了电耦合方式传输超导谐振回路的磁共振信号,这种方式有利于进一步制成正交结构或相阵结构的超导接收线圈.为了防止趋肤效应降低超导接收线圈的性能,采用化学腐蚀的方法先将超导带的包套去掉,然后再制成超导主谐振电感.采用一种双探测线圈法对高温超导接收线圈和相同结构的常规铜线圈的Q值进行了测量,结果表明超导接收线圈比常规铜线圈的Q值约高一倍.     

三相行波磁场中涂层超导线圈的电-磁-力特性研究

随着超导线圈在电力领域中的应用越来越广泛,该文利用有限元仿真软件对处于交变磁场中载流高温超导带材的电-磁-力特性进行了研究,通过超导体的非线性E-J本构关系和基于棱边元法的磁场强度法来求解超导线圈内的电流分布、线圈周围的磁场分布及其受到的电磁力大小等电磁特性,重点研究了在以涂层超导磁体为励磁线圈的直线牵引系统中超导线圈和三相绕组之间的电磁力大小.基于仿真结果,分析了超导线圈内电流分布随气隙的变化关系;线圈周围的磁场分布情况及其对超导线圈临界电流的影响;线圈受到的电磁力随时间和气隙的变化关系等,所得结果为高温超导直线电机的设计和应用提供参考依据.     

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。     

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.     

电动汽车无线充电枪及特性研究北大核心

提出了电动汽车无线充电枪概念。考虑到高温超导线圈的品质因数高于铜线圈,在提出的电动汽车无线充电模式中采用高温超导线圈作发射线圈,铜利兹线圈作接收线圈。在COMSOL中建立超导发射线圈恒流模式下与铜利兹接收线圈的二维磁场-电路多场耦合模型,仿真分析了系统功率及传输效率随接收线圈半径的变化规律,以及发射线圈、接收线圈不同半径比下,系统功率及传输效率随负载电阻的变化规律,为电动汽车无线充电系统的具体参数设计提供了依据。     

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。     

Robust SMES controller design for stabilization of inter-area oscillation considering coil size and system uncertainties

It is well known that the superconducting magnetic energy storage (SMES) is able to quickly exchange active and reactive power with the power system. The SMES is expected to be the smart storage device for power system stabilization. Although the stabilizing effect of SMES is significant, the SMES is quite costly. Particularly, the superconducting magnetic coil size which is the essence of the SMES, must be carefully selected. On the other hand, various generation and load changes, unpredictable network structure, etc., cause system uncertainties. The power controller of SMES which is designed without considering such uncertainties, may not tolerate and loses stabilizing effect. To overcome these problems, this paper proposes the new design of robust SMES controller taking coil size and system uncertainties into account. The structure of the active and reactive power controllers is the 1st-order lead-lag compensator. No need for the exact mathematical representation, system uncertainties are modeled by the inverse input multiplicative perturbation. Without the difficulty of the trade-off of damping performance and robustness, the optimization problem of control parameters is formulated. The particle swarm optimization is used for solving the optimal parameters at each coil size automatically. Based on the normalized integral square error index and the consideration of coil current constraint, the robust SMES with the smallest coil size which still provides the satisfactory stabilizing effect, can be achieved. Simulation studies in the two-area four-machine interconnected power system show the superior robustness of the proposed robust SMES with the smallest coil size under various operating conditions over the non-robust SMES with large coil size.     

基于RBF-PID的超导变压器励磁电源控制系统研究

超导导体测量装置中的超导变压器由于次级线圈接头电阻的损耗会引起次级电流的衰减,为了克服次级电流衰减的影响,改善超导变压器的输出性能.对超导变压器原理进行分析,建立超导变压器数学模型,采用一种基于RBF-PID算法对超导变压器励磁电源进行控制.在MATLAB/Simulink中搭建超导变压器控制系统仿真模型,结果表明,与传统PID控制系统相比,RBF-PID控制系统的响应速度更快,超调量更小,鲁棒性能更好.     

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.     

非接触供电在高温超导磁体中的应用探究北大核心

高温超导磁悬浮列车运行过程中,由于磁体自身存在工作损耗难以实现恒流运行,寻找适用于高温超导磁体的运行补偿供电方法成为其能否稳定可靠运行于轨道交通环境的关键.本文基于磁耦合非接触供电技术,提出一种适用于高温超导磁体的非接触补偿供电方法,利用电路理论建立电路等效模型,对电路结构进行了优化设计.考虑到电路参数对于系统性能的影响,根据电磁场理论,对线圈结构进行了设计优化.通过搭建非接触供电系统实验装置,对系统特性、不同线圈结构对磁体供电系统的影响进行了研究,验证了本文所提出的非接触补偿供电方法的可行性.     

饱和铁心型超导限流器

饱和铁心型超导限流器具有限流功能可靠、输电稳态损耗小、限流恢复时间短等优异特性。根据其工作原理,一方面,用于直流励磁的超导绕组自身不承受短路电流冲击,这避免了其它类型超导限流器中由于超导绕组失超所带来的诸多技术难题;另一方面,其主体电抗器可以借鉴成熟的铁心电抗器技术。因此,饱和铁心型超导限流器的以其优异的性能特性和成熟的工程实现技术,成为迄今为止人们研究的各类超导限流器中的最具实用价值的一种。在电网容量不断扩大,智能化水平不断提高的今天,饱和铁心型超导限流器有非常广阔的应用前景。文中将叙述饱和铁心型超导限流器的基本原理、结构形式、功能特性,并对已在云南普吉变电站挂网运行的35kV/90MVA超导限流器进行简要介绍。     

低温二次电子产额测试系统设计与研究

在合肥先进光源（HALF）建设中,由低温超导材料组成的真空部件被大量使用,尤其是超导高频腔。超导腔以高加速梯度、低束流阻抗、高无载品质因数和低运行成本等特点,成为21世纪国际上拟建的大型加速器的首选。而超导腔和低温真空室内表面的二次电子发射可能会引发电子云（EC）现象。超剂量的二次电子倍增功率沉积会引起低温区域热负载增加、超导腔失超等现象,因此降低超导高频腔内二次电子发射成为合肥先进光源设计过程中的巨大挑战。在常温材料二次电子产额（SEY）测试系统的基础上,作者自主研发设计低温样品架结构,使液氦流经样品台并通过热传导冷却样品,计算漏热来反推所需要的制冷量和液氦的消耗速率。在系统集成调试后进行降温性能测试,搭建了低温材料二次电子测试系统。     

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。     

超导腔数字自激垂直测试系统

基于数字自激算法设计并实现的超导腔垂直测试系统提高了超导腔的垂直测试效率,为先进光源技术研发与测试平台(PAPS)的超导腔批量化生产提供了重要保障;垂直测试系统的射频前端和时钟分配系统采用了二次上下变频方案,可以在一定范围内灵活设置测试系统自激环路的工作频率,增大了该测试系统的工作带宽。利用此系统完成了1.3 GHz 9-cell超导腔的通带频率测试,结果表明,该测试系统能有效避免不同模式之间的串扰,具备较强的频率分辨能力(<800 kHz),保证多单元超导腔性能验证的进行。     

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.