YBCO-NiW超导电缆中导体层的交流损耗测量研究

为了弄清由YBCO-NiW带材制成的高温超导电缆在导体层的交流损耗特性,该实验使用的是由YBCO-NiW带材制成的5m高温超导电缆作为样品,在导体层表面分别以每90度角焊接一个导体引线,共4个,并对导体层和屏蔽层串联后通入方向相反的电流后进行测试。实验结果表明YBCO-NiW带材的自场损耗主要是磁滞损耗,导体层的交流损耗对频率、通电周期不具有依赖特性,其损耗值的大小也与导体引线的不同接触位置无关。     

磁性基底YBCO带材在DC外场下的交流损耗特性

随着载流能力的不断提高和生产成本的逐渐降低,高温超导YBCO带材在未来高温超导电力装置中具有广泛的应用前景。对磁性基底YBCO带材在平行和垂直DC外场下的交流损耗进行了测量,并研究了磁性基底的磁饱和和磁记忆特性对其交流损耗的影响。实验结果表明,平行外场和垂直外场分别大于240Gs和450Gs时,带材的交流损耗降至最低。除此之外,实验还发现,撤掉垂直外场后,带材在较小的载流范围内,仍能保持较低的交流损耗。     

液氢温区YBCO超导带材的交流损耗研究

超导电缆具有载流能力强、损耗低等优势,是电力输送的良好选择。但是,超导电缆需工作于低温环境。液氢温度为20K,可为超导电缆提供低温条件,将超导电缆输电与液氢燃料输送相结合,可解决超导电缆在输电中的瓶颈问题。开展了液氢替代液氮后高温超导带材的传输交流损耗研究。针对美国超导公司提供的黄铜加强YBCO带材,采用H法有限元模型,仿真分析了液氢、液氮冷却时超导带材的传输交流损耗。结果表明采用液氢作为超导带材的冷却介质时,带材正常金属产生的涡流损耗和磁性基底产生的铁磁损耗对总损耗的影响程度较小。所得结果可为液氢温区超导电缆的设计和运行提供参考。     

圆筒形高温超导体的交流损耗研究

针对高温超导电缆、限流器等电力设备中常应用的圆筒形高温超导体进行交流损耗特性研究.本文对单根Bi-2223带材以及由十根该带材制作的十边形高温超导体样品的交流损耗特性进行实验测量,并应用有限元软件研究单根带材、理想圆筒形高温超导体和十边形高温超导体的二维有限元计算模型,基于有限元的数值模型对交流损耗进行仿真计算,最后将数值计算结果、实验测量结果以及基于mono-block模型的理论计算值进行比较并详细的分析讨论,结果表明,圆筒形高温超导体的交流损耗最少.     

高温超导大电流导体临界电流特性研究

YBCO带材在高磁场下仍有好的通流性能,可以用多根高温超导带材构成大电流导体用于高场磁体。为减小导体的交流损耗,大电流导体有多种结构形式,缠绕型和扭转堆叠是其中的两种结构形式。临界电流是高温超导大电流导体的重要指标之一。文中采用四引线法对这两种导体结构在液氮、自场环境下的临界电流特性进行了实验测量,分析并总结了其临界电流特性与结构的关系。     

直流偏置下YBCO单层导体的交流损耗特性研究

在高压直流输电系统中,高温超导直流电缆具有高功率密度特点被广泛使用。然而,电网中的直流以及开关器件和环境产生的交流纹波,都造成交流损耗。由第二代(2G)带材组成的五边形单层导体在交流和直流作用下,进行了交流损耗特性研究。该次实验从电压引线高度,接触位置和频率等不同角度测量分析了五边形单层导体的交流损耗。结果表明,尽管电压引线的接触位置不同,由于五边形单层导体的对称结构,每根带材的交流损耗几乎相同;当总电流大于临界电流时交流损耗取决于频率。此外,对五边形单层导体进行了仿真计算,与实验结果做了比较分析。结果表明,交流损耗实验测试结果与模型仿真结果基本吻合。     

多芯Bi-2223/Ag带材交流损耗的特性研究

Bi-2223/Ag是一种很有前景的高温超导带材,交流损耗是高温超导在大规模电力应用方面的瓶颈,如何降低Bi-2223/Ag中的交流损耗是人们一直关注的问题。带材超导部分的横截面形状对交流损耗有很大的影响,前人曾通过双轴轧制等工艺制造矩形截面的带材,以降低其交流损耗;另有人在单芯带材中得到了环状结构,从中发现可降低交流损耗。本论文尝试利用抽换芯工艺制造多芯环状截面的Bi-2223/Ag高温超导带材,以期降低带材的交流损耗。论文中,通过解析方法计算了临界态模型下,临界电流密度在径向上分布不均匀的超导体的交流损耗特性,并得到结论:带材的外围临界电流密度越高,交流损耗性能越好。     

YBCO带材交流损耗电测法实验研究

介绍了交流损耗测量理论,搭建了高温超导带材的电测法测量平台,并分别测量不同频率下AMSC和Super Power两家公司生产的YBCO带材的交流损耗。将测试结果进行了归一化处理,并与计算结果和Norris模型进行比较,从两种带材材料层面分析了测量结果与计算结果存在微小差别的原因。实验结果表明测量结果与计算结果基本一致,并且和Norris模型吻合较好,说明该测量系统可以很好地测量不同频率下YBCO带材的交流损耗。     

高温超导YBCO带材的交流损耗的FEM仿真分析

对高温超导带材YBCO的交流损耗进行了仿真分析。运用有限元FEM方法,基于Maxwell方程组的数值建模,引入了基于实验数据的power-law对交流损耗进行计算。首先对自场下的交流损耗值进行了仿真计算并分析了带材的电流密度与磁场分布情况,并通过与实验测量数据做比较验证仿真方法的有效性。其次分别对不同幅值下的平行场与垂直场下的交流损耗进行了计算,将自场、平行场以及垂直场下的电流密度与磁场强度的分布以及交流损耗值进行了对比分析。     

平行场下的SMES磁体磁滞损耗计算模型的分析

本文首先介绍了单芯高温超导带材交流损耗的机理,然后以SMES磁体磁滞损耗计算为例,分析了两种单芯超导带材磁滞损耗计算模型的计算结果,发现在不同场强范围内两种模型计算结果有明显的差异,并给出了计算交流损耗时两种模型的适用范围.最后简要说明了两种模型计算结果不同的原因.