电枢超导型高温超导电机原理样机的温度场数值模拟研究

本文对一种电枢绕组部分采用高温超导线圈,转子励磁部分采用永磁体的新型高温超导原理样机进行了整体温度场的数值模拟计算,主要包括稳态冷却过程、瞬态冷却过程及零件配合面径向变形量计算三个方面的内容.通过对边界条件及传热条件的简化,建立了电机的近似平面轴对称传热模型,得出了高温超导线圈处冷却至工作温度(77K左右)所需的时间.另外还计算出零件配合面上的径向变形量,可据此制订低温尺寸公差,为零件的机械加工提供了指导.     

用于46 T全超导磁体装置的26 T REBa2Cu3O7-δ高温超导内插磁体电磁设计研究

REBa2Cu3O7-δ(REBCO)高温超导带材具有良好的电磁性能和机械强度,现已成为开发极高场超导磁体的重要基础材料.本文基于T-A 方程提出了一种极高场REBCO 内插磁体的参数化设计方法,该方法在计算中考虑了超导屏蔽电流对磁体中心场强和应变分布的影响,采用分步优化的方式从内向外依次确定各超导线圈的结构参数,每个线圈的优化过程相对独立.基于该设计方法,本文给出了46T全超导磁体中26TREBCO 内插磁体的电磁设计方案,确定了主要线圈参数和工作电流.该内插磁体由4个线圈同轴嵌套串联组成,每个线圈都由REBCO带材绕制而成的双饼线圈(Double Pancake, DP)堆叠而成.基于当前模型计算结果,在给定的20T背景场中,当内插磁体工作电流达到290A时,磁体中心场强可达46T;高温超导线圈中最大环向应变为0.61%,仍然处于危险区域.     

高温超导斜螺线管缆线磁体样机设计与开发

为研究Gantry磁体的关键技术,设计了一台由螺旋型超导集束缆线绕制的小型斜螺线管二极磁体样机。根据电磁设计,该样机的孔径82 mm,额定工作电流为3.25 kA,预计在4.2 K下达到0.50 T的中心二极场。在均匀电流假设下,Φ54 mm孔径内的磁场均匀度可达到1.47×10^-3。未来将完成超导缆线绕制,在77 K和4.2 K下进行电流和场均匀性测试。     

高温超导导线I_c-B特性的测量

测量了高温超导导线Bi-2223/Ag的临界电流值与外加磁场的依赖性关系.实验结果表明:超导线材的临界电流不仅与磁场大小有关,而且还与外磁场的方向有关.外磁场越大,临界电流值越小;Bi-2223/Ag呈扁带状,临界电流对磁场的依赖性呈现各向异性.该实验与高温超导材料临界温度测量实验结合为高温超导电性能综合测试实验,为学生自主研究提供了拓展空间.     

超导磁体测试用固氮低温系统开发

为简便地实现超导磁体在15～20 K温度区间下的性能测试,项目组成功设计、装配了一套利用固氮作为辅助制冷剂的低温测试系统,并使用二硼化镁材料绕制的小型线圈进行了磁体测试实验。测试表明,该低温测试系统能在约48 h内达到目标温度,且在磁体通流测试过程中保持系统的温度稳定,足以满足超导磁体测试的需求。     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备, 具有高效、 快速响应等优点. 本文描述了10 Mvar 高温超导同步调相机的总体结构, 励磁绕组采用 YBCO 高温超导带材绕制而成, 通过循环的20 K 冷氦气进行冷却. 低温系统主要包含3 台制冷机、1 台氦气泵、 冷头换热器及其他辅助设备, 通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接. 本文重点介绍了低温系统的设计方法, 包括转子、 绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法, 并通过多次降温试验进行实验验证. 通过对带负载试验结果分析得出: 存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数, 使得电机转子部分获的最佳冷却效果. 通过与300 kvar 高温超导同步调相机的耦合测试发现, 所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K, 满足调相机应用中对低温环境的要求.