铜带复合对超导倾斜堆叠结构的电磁特性优化研究

REBCO堆叠结构是超导体应用实现的关键中间载体。然而随着REBCO堆叠结构中带材数量的增加,将产生较大的应力限制堆叠带材的数量。倾斜堆叠结构(CSS)在一定程度上可以平衡堆叠弯曲半径和堆叠数量。允许堆叠的数量增加后,可加入金属带材复合来实现CSS的结构优化。由于CSS电流的分布有着不均匀的特性,固定根数的铜带复合在CSS不同位置对临界电流的影响可能不同。首先,本文基于实验方法和仿真方法,对铜带复合在CSS不同部分的电磁特性展开研究。随后,基于响应面分析法量化了不同复合结构的具体效果。最后通过分析复合CSS和普通堆叠的临界电流差异和交流损耗差异,来验证铜带复合CSS的电磁性能优势。     

高温超导电缆屏蔽层中电流分布的仿真模型研究

高温超导电缆运行过程中,因其传输电流密度高,会对外部环境产生较大的电磁污染,需要对超导电缆进行电磁屏蔽。根据三相统包高温超导电缆结构,搭建了一种电路仿真模型,基于有限元仿真分析,对电路模型中的等效分布电容、等效电感、等效电阻进行了计算。分析了在三相对称、单相断路情况下电缆的运行情况,基于仿真模型,可对三相统包电缆屏蔽层屏蔽效果进行仿真测试分析,并对屏蔽层在不同工况下的通流情况进行指导设计。     

新型高温超导扭绞缆线的临界电流评估方法及其特性研究

高温超导缆线是研究各种大电流高温超导应用的基础.将超导材料通过不同方式组合成复合导体,不仅可以让缆线的载流量得到提升,更可以在机械强度和电磁特性等方面得到改善.在国内外众多研究缆线的团队中,上海交通大学超导团队提出了一种基于YBCO高温超导带材的新型高温超导扭绞缆线结构.这种结构在理论上不仅实现了载流量和机械强度的平衡,还通过扭绞改善了电磁特性[4-5].但是目前对于这种缆线的研究还处于起步阶段,特别是对其临界电流特性的研究.因此为了研究新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性,本文从新型高温超导扭绞缆线的结构出发,通过仿真和实验两个角度对新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性进行研究.在仿真方面,用H方程法计算缆线的临界电流,并探究扭绞节距是否会对临界电流的衰减产生影响.在实验方面,研究出了一种最适合于该缆线结构的临界电流评估方法“SVWE-copperwire-TU”.并用该方法测量了新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性.本研究的结论对于后续制作更大电流的新型高温超导扭绞缆线具有重要意义.     

一种新型高温超导方形线的制备及基础特性研究北大核心

为了减小外界磁场对超导带材性能的影响,一些新型结构例如堆叠、换位、扭绞等高温超导线被广泛研究,在此基础上,提出一种制备新型高温超导方形线的工艺且制备了若干新型超导方形线样品。首先,将宽度为4mm的高温超导带材分切为1mm宽的超导窄带,同时将数根超导窄带堆叠、焊接成一根超导方形线。为了验证工艺的可行性,制备了若干高温超导方形线样品并对其基本特性进行了研究。结果表明,两组样品的临界电流分别为170A与255A,且临界电流曲线呈现出良好的超导特性。从椭圆和薄带方程的理论模型分析,其自场损耗的测试结果与理论结果基本一致。另外,同时对超导方形线的弯曲直径和轴向张力进行了测试,表明,样品的最小弯曲直径与最大轴向张力分别为60mm和350N。高温超导方形线的这些特性基本可以满足在高温超导电力设备的应用中。     

10 MJ超导储能磁体临界电流分布及热稳定性分析

本文介绍了一种由准各向同性股线(Q-IS)和直接堆叠带材导体(STC)绕制而成的高温超导储能磁体。计算了磁体的临界电流,得到了临界电流密度分布,在绝热近似下分析了磁体的最小失超能(MQE)和失超传播速度(QPV)等热稳定性能。结果表明,STC绕制的磁体临界电流更大,而Q-IS制成的磁体临界电流密度分布均匀性具有明显优势,当归一化电流i=0.6、0.7、0.8、0.9时,Q-IS绕制的磁体的MQE分别是STC绕制磁体的1.15、1.22、1.42、3倍。对于失超传播速度(QPV),Q-IS绕制的磁体的仿真值大约是STC绕制磁体仿真值的82%～92%。     

紧凑型托卡马克极向场磁体涡流损耗计算研究

采用商业化有限元计算软件COMSOL,针对紧凑型托卡马克实验装置理论样机中的极向场磁体金属结构件进行涡流仿真。通过偏微分方程(PDE)接口,解决了内置的磁场(MF)接口在暂态涡流仿真过程中无法设置内部接触边界绝缘的问题,并大大降低了计算时间。通过对金属结构件涡流特性的研究,提出两种涡流抑制方法：更换材料与开槽,并讨论了这两种方法对涡流损耗的抑制效果。结果表明,开断槽对涡流损耗的抑制效果尤为显著。     

窄堆线的堆叠方式对高温超导管内电缆导体临界电流的影响

为了提高超导缆线的结构性能,将利用2mm宽的超导带材形成窄堆线,并将其嵌入到开槽铝管中,制备成一种基于窄堆线的高温超导管内电缆导体。通过临界电流测量实验,研究了不同带材根数和不同扭绞节距对高温超导管内电缆导体临界电流的影响。结果表明,扭绞节距一定时,带材堆叠根数越多,临界电流折损率越大;当扭绞节距最小为100mm时,超导窄堆线依旧能保持良好超导特性,且临界电流未发生较大折损。     

窄丝化工艺对第二代高温超导带材临界电流特性的影响

超导带材应用于超导电力设备时,其临界电流特性受外界交变磁场大小和方向的影响,展现出明显的各向异性.为了减小外场对超导带材的影响,本文通过窄丝化工艺将4 mm宽的高温超导带材分切成2 mm宽的高温超导细丝.本文通过冷热循环疲劳测试实验和带材显微观察两个角度相互验证,对2 mm超导细丝临界电流性能做了具体评估.创新性地提出"在窄丝化工艺中引入电镀铜工艺作为过渡来改善超导细丝临界电流特性",通过实验以及显微观察证实"电镀铜工艺能够在超导细丝表面生成铜保护层,有效降低超导细丝临界电流的衰减".本文也为后续超导细丝在复合结构的应用中提供了重要参考.