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...     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证.本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响,用Bi2223超导带材绕制了(一个由20个双饼组成的高温超导磁体,用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗.并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析.在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量,测量结果与数值仿真结果相当吻合.利用高温超导体临界电流此非线性模型,本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟.     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证．本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响，用Bi2223超导带材绕制了（一个由20个双饼组成的高温超导磁体，用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗．并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析．在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量，测量结果与数值仿真结果相当吻合．利用高温超导体临界电流此非线性模型，本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟．     

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。     

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。     

5 kVA高温超导变压器双饼线圈不同有限元模型对比分析

本文基于5 kVA 高温超导变压器的高压绕组双饼线圈, 运用有限元软件, 完成了均质化建模. 相比于全模型, 采用均质化模型不仅不影响计算精度, 而且大大减少了计算时间, 同时能够快速有效地计算出双饼线圈的磁场分布、 电流密度分布以及线圈交流损耗. 为了验证双饼线圈有限元计算模型的正确性, 本文进行了 H 方程全模型、H 方程均质化模型、T-A 方程全模型及T-A 方程均质化模型下的对比仿真分析. 仿真结果的一致性表明了双饼线圈有限元计算模型的正确性. 本文为后续基于T-A 方程下高温超导变压器均质化模型的研究提供了参考.     

传导冷却高温超导磁体的电磁分析

本文对高温超导双饼线圈的绕制、测试和结果进行了讨论和分析,在此基础之上对传导冷却高温超导磁体进行了电磁分析,通过对6到21个双饼线圈组成的磁体的各种参数进行计算,得到了一系列变化曲线,从中可以看到各个参数的变化趋势,以便有效设计高温超导磁体.     

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.     

基于YBCO的3MJ超导储能线圈模型样件的测试

高温超导储能磁体(HTS-SMES)是超导在电力系统中的重要应用之一。项目设计的3MJ级SMES装置采用YBCO高温超导带材绕制为16组线圈饼,每组线圈饼由8个双饼线圈组成,工作电流超过500A。文中选取3MJ储能线圈中的1个双饼作为模型样件,在完成该模型样件制造及装配后,对其进行了77K液氮环境下的临界电流、磁场分布、应力应变等项目的测试,测试结果满足测试样件的设计条件,可以为工程化SMES装置的设计和运行提供参考。     

高温超导磁体指数损耗分析

本论文对高温超导磁体指数损耗(HTS index loss)的特点进行了分析.通过数值模拟,研究了由20个双饼组成的高温超导磁体在20k的温度下磁体的指数损耗,对每个双饼以及每匝线圈的指数损耗进行了计算,对整个磁体的指数损耗随电流变化情况进行了研究.在磁体的两端加上铁轭改变磁场的分布后,可以看出,铁轭可以有效地减少磁体上的指数损耗.     

应用于PFN-Marx发生器重频充电的紧凑空心脉冲变压器

通过理论分析研究了一种高能量转换效率(高于50%)的紧凑重频空心脉冲变压器。这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电。通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较。结果表明:理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸。     

Bi2223/Ag带HTS双饼线圈中的接头焊接

降低双饼线圈间的搭接电阻 ,可有效提高 HTS磁体的稳定性并降低制冷费用。文中在分析影响搭接电阻因素的基础上 ,对双饼线圈间的焊接工艺和接头性能进行了实验研究 ,结果表明所用焊接技术满足磁体稳定运行的要求     

脉冲大电流系统空芯变压器设计

设计了一种变流用的带绕式空芯变压器,分析了变压器的工作原理并详细介绍了其制作过程。该变压器主要由引线、绝缘膜、铜带和内绝缘筒组成。在电容器充电电压为2500 V的条件下,实验得到该变压器原副边电流峰值分别为5.52 kA和1.48 kA,电流上升率分别为37 A/s和138 A/s。理论分析和实验结果表明:该变压器可以有效降低脉冲功率电路对开关电流上升率的要求,从而将重复频率和稳定性能更好的晶闸管应用于脉冲大电流系统,可以大大提高系统的放电频率和寿命。     

带磁芯的高功率带绕式脉冲变压器的初步研究

 对高功率带绕式脉冲变压器磁芯的设计进行了初步考虑，从理论上分析了在高功率带绕式空芯脉冲变压器中加入部分磁芯对变压器内部电磁场分布及耦合系数的影响。理论分析和实验结果均表明：磁芯对高功率带绕式脉冲变压器耦合系数的提高有显著作用，并能改善变压器内部的电磁场分布；设计的高功率带绕式脉冲变压器耦合系数可达0.88，与相同结构尺寸的带绕式空芯脉冲变压器相比，耦合系数提高10%。     

Generation of multiple pulses with extremely short pulse repetitioninterval

A new type of multipulse generator is proposed for the generation of high power pulses with an extremely short interpulse repetition interval. In this system, an air-core step-up transformer is used with a magnetic switch and a pulse forming line, which is charged in the double-resonance mode. Numerical simulations of this system have shown that 600 kV, 56 ns pulses, matched to a 20 Ω impedance can be produced with a minimum pulse separation of 2.7 μs. A small system was constructed to demonstrate the production of double pulses experimentally. The system contains two first stage capacitors of 150 nF each, a 1:15 air-core step-up transformer, a magnetic switch using cobalt based material, a second stage capacitor of 1.6 nF, and an 80 Ω load. Double-pulses 100 ns wide, peak voltages of 85 kV (first pulse) and 90 kV (second pulse) have been successfully generated with an interval of 3.75 μs between pulses, when the first stage capacitors were charged to 14 kV (for the first pulse) and 17 kV (for the second pulse)     

脉冲变压器锥形高压绕组电压分布实验研究

 对脉冲变压器锥形高压绕组进行了脉宽为1 μs，500 ns及100 ns三种不同脉宽的单脉冲实验，研究了不同输入条件下绕组中的电压分布特性，比较了空心、加内铁芯和加内外铁芯三种不同结构绕组中的对地电压及匝间电压的分布曲线。实验结果表明：在高频冲击电压条件下，脉冲变压器锥形高压绕组中的电压呈现非线性分布且存在明显的振荡过程，导致绕组首端的电压梯度增大，伴随脉宽减小电压波形发生明显畸变，冲击电压以波的形式在绕组中传播，从而引起匝间电压按照正弦规律起伏变化，匝间电压的极值通常出现在绕组首末端，加入铁芯有助于抑制电压谐振但同时增大了匝间电压。     

电力机车用高温超导变压器电流引线导热路径延伸方法的研究

按照车用高温超导变压器对电流引线的要求,以有限元体传热学为分析基础,对电流引线进行了传热计算,给出了初步设计方案。针对车载变压器的有限空间,提出了通过将引线绕制成螺线管状的方法来解决引线的导热路径长度较长与空间可用高度不够的矛盾,并通过热损耗分析得出下端绕制方式优于上端绕制方式的结论。     

300kVA高温超导变压器电流引线漏热损耗的测量

电流引线是高温超导变压器的主要外部漏热来源,它的漏热量直接影响了超导变压器的经济性能,因此,引线的设计与漏热测量一直备受关注。文中构建了一个实验方案,运用量热法测量低压引线的漏热,并将试验结果与仿真预期值进行了对比和分析,从而验证了仿真设计的正确性。     

DESIGN OF THE AIR-CORE TRANSFORMER IN SPHERICAL OKAMAK

An ideal current distribution in the air-core transformer coils is obtained using variation principle.Climbing mountain method is utilized for optimizing the dimension and position of the real coils.Not only can the requirement of minimizing the stray field in the plasma region be guaranteed,but also integer turns for the coil can be realized.The latter brings a significant convenience to engineering.     

Experimental study of air-core dielectric tube at terahertz frequencies

In this paper, an experimental study of air-core dielectric tube waveguide is proposed at terahertz frequencies. By using the THz time domain measure system, the terahertz dispersion characteristics, loss characteristic and energy focusing characteristic of air-core single-layer and dual-layer dielectric tube are obtained. The results show that this type of air-core dielectric tube can realize low dispersion characteristics. Due to the difference of refractive index between two dielectric materials, stronger energy focusing can be achieved in air-core dual-layer dielectric tube. After the coupling of the THz pulse using the dual-layer dielectric tube waveguide, the THz pulse increased 2.4 times compared with the single-layer dielectric tube waveguide at 1.5 THz.