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.     

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。     

Bi-2223带材有阻焊接接头电阻特性的研究

本文针对Bi-2223/Ag带材接头有阻焊接展开研究,考虑大电流时超导I~V特性非线性影响,建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,总结出不同搭接距离和焊锡层厚度对接头电阻的影响规律,并着重分析了接头电阻对临界电流的影响,最终通过实验验证了理论分析得到的一些基本规律.为降低Bi-2223/Ag带材接头电阻对高温超导磁体运行时的不利影响,实际焊接时搭接距离应保证在7~10cm以上.     

300 kvar超导同步调相机样机的转子磁体设计与测试

正在研制的300 kvar高温超导同步调相机样机采用二极转子结构,每极上堆叠四组跑道形双饼高温超导线圈,线圈之间使用增强型超导电流桥接头结构来降低磁体内部的接头电阻。通过有限元软件对超导转子磁体的静态磁场分布进行了三维仿真计算,根据计算结果和超导带材临界电流-磁场-角度依赖性数据,得到该超导转子磁体在30 K温度的工作电流不能超过333 A。磁体制造完成后,对磁体以不同的升流速度进行了液氮下的通流实验,结果显示,超导转子磁体在液氮下能够安全通流50 A。在通流实验中,测量得到超导转子磁体内部各接头的电阻值均小于1μΩ。     

HTS双饼线圈的加工工艺及实验研究

详细介绍了高温超导双饼线圈的加工工艺和流程,针对绕制时带材弯曲形变使临界电流退化的技术难点,重点阐述了其解决方法。在液氮温度、自场环境下对采用该加工工艺制作的YBCO双饼线圈及Bi2223/Ag双饼线圈进行低温实验,测试其V-I特性曲线。实验结果表明:该工艺制作的双饼线圈性能良好,工艺安全可靠,是合适的。同时,实验测量数据也为线圈在磁体中的进一步应用提供了可靠依据。     

YBCO双饼线圈制备工艺及性能测试

针对YBCO高温超导带材在制备磁体过程中性能退化的问题,从骨架结构、预应力、绕制工艺等方面介绍了一种双饼线圈的绕制方法.根据该方法成功绕制了两种规格的双饼线圈,并使用四引线法对线圈的性能进行低温测试,测试结果与设计值的对照表明:线圈性能符合预期目标,绕制工艺稳定可靠,对于高温超导磁体的设计和制备具有一定的指导意义.     

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.     

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．     

考虑磁场径向分量的高温超导储能磁体几何结构优化配置

高温超导储能磁体磁场的径向分量使得带材利用率不高且磁体储能密度低.针对此问题,本文提出了一种获得高温超导储能磁体最优几何结构配置的方法.首先利用MATLAB对YBCO高温超导储能单螺管磁体的结构进行优化获得初步模型,随后对双饼线圈进行分组,利用电磁场有限元分析软件对内外三阶梯和内外八阶梯结构磁体的磁场径向分量、储能大小进行了分析,研究了相邻双饼线圈不同厚度间距对磁体带材利用率和磁体储能密度的影响.由仿真计算结果可知,内外多阶梯结构磁体均能够提升磁体的性能,其本质是减小磁场径向分量.通过对计算结果比较分析最后获得了储能磁体几何结构的最优配置.     

电力系统用高温超导磁体的热稳定性分析

为了研究高温超导磁体在电力系统应用中的运行状态,在建立了高温超导磁体在交变电流运行下的分析模型的基础上,对磁体温度场进行有限元分析,给出了磁体在交变电流运行下磁体内部的温度分布,探求了磁体的安全工作电流,提出了改善磁体热稳定性的措施,对直接冷却、饼式结构的高温超导磁体研制有一定参考意义。     

Development of a high-temperature superconducting magnet for use in a cryogen-free electron beam ion trap

We present a design and test results of a high-temperature superconducting magnet, which is under development for use in a new cryogen-free electron beam ion trap. The magnet is designed to provide a magnetic field as high as about 3 T with a combination of six double-pancake coils. In order to achieve such a high field, the critical current is increased by cooling the magnet down to 20 K with a refrigerator. Before the full development, a single-pancake coil has been produced and tested.     

Bi2223/Ag高温超导带的侧向弯曲率对载流能力的影响

Bi2 2 2 3银包套超导带材是研制高温超导磁体和高温超导强电应用的基础。文中就对高温超导磁体最大运行电流有重要影响的 Bi2 2 2 3银包套带材侧向弯曲形变进行了初步探讨 ,就不同的侧向弯曲率对超导带载流能力的影响进行了实验测试 ,并提出了提高 HTS磁体最大运行电流的方法。     

YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。     

Current-carrying element based on second-generation high-temperature superconductor for the magnet system of a fusion neutron source

Application of current-carrying elements (CCEs) made of second-generation high-temperature superconductor (2G HTS) in magnet systems of a fusion neutron source (FNS) and other fusion devices will allow their magnetic field and thermodynamic stability to be increased substantially in comparison with those of low-temperature superconductor (LTS) magnets. For a toroidal magnet of the FNS, a design of a helical (partially transposed) CCE made of 2G HTS is under development with forced-flow cooling by helium gas, a current of 20–30 kA, an operating temperature of 10–20 K, and a magnetic field on the winding of 12–15 T (prospectively ~20 T). Short-sized samples of the helical flexible heavy-current CCE are being fabricated and investigated; a pilot-line unit for production of long-sized CCE pieces is under construction. The applied fabrication technique allows the CCE to be produced which combines a high operating current, thermal and mechanical stability, manufacturability, and low losses in the alternating modes. The possibility of fabricating the CCE with the outer dimensions and values of the operating parameter required for the FNS (and with a significant margin) using already available serial 2G HTS tapes is substantiated. The maximum field of toroidal magnets with CCEs made of 2G HTS will be limited only by mechanical properties of the magnet’s casing and structure, while the thermal stability will be approximately two orders of magnitude higher than that of toroidal magnets with LTS-based CCEs. The helical CCE made of 2G HTS is very promising for fusion and hybrid electric power plants, and its design and technologies of production, as well as the prototype coils made of it for the FNS and other tokamaks, are worth developing now.     

舰船电力系统用1MJ高温超导环型储能磁体的设计研究

介绍了舰船电力系统用 1MJ环型高温超导储能磁体的设计优化步骤 ,进行了环型磁体线圈最大磁场的优化、环型磁体单元尺寸的优化和环型磁体单元数目的优化 ,并得出了合适的磁体线圈尺寸。磁体线圈上的最大磁感应强度为 3-4 T,单元数目较大的环型磁体适用于 1MJHTS- SMES     

大电流冲击条件下高温超导线圈热稳定边界的数值求解

不同于低温超导体,在高温超导线圈中,一定体积内的热积累是造成失超的较主要原因.因此,在遭遇大电流冲击时,线圈仍有可能保持稳定.在本文中,我们通过数值求解,作出了在大电流冲击条件下高温超导线圈的热稳定边界.求解结果表明,存在分别对应两种热积累情况的热稳定边界.为安全起见,应用在高温超导电力设备中的线圈应采取热稳定化路线设计.     

Bi-2223带材制备的高温超导电流引线

为了降低沿电流引线的漏热,用于制备高温超导电流引线的B i-2223带材要求具有较低的热导率。文中介绍了低热导率银金合金B i-2223高温超导带材;给出了其热导率的测试结果;并采用该带材制造了高温超导电流引线样机。液氮条件下测试该段高温超导引线的临界电流为332A。     

金属匝间高温超导无绝缘线圈充电特性研究

为了减少高温超导无绝缘线圈的充电延迟,采用金属材料作为线圈的匝间添加层。同时,利用有限元仿真软件COMSOL分别建立了普通无绝缘线圈和金属匝间无绝缘线圈的二维轴对称模型,对充电过程进行了仿真研究。仿真结果对比分析表明,具有金属匝间层的无绝缘线圈的充电延迟现象得到了明显改善,延迟时间由15 s缩短到了2 s。金属匝间层的引入,提高了无绝缘线圈的匝间接触电阻率,减少了充电时间的延迟,在需要快速响应的情形中,具有金属匝间层的无绝缘线圈或许会表现出更好的性能。     

EAST 装置新超导馈线系统冷却回路设计

EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。