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.     

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。     

几种Bi-2223/Ag超导带材层状复合结构的制备及性能研究

本文利用Bi-2223/Ag高温超导带材与抗拉强度σb为700MPa的铜带进行组合,带材宽度面间采用低熔点的Sn-Ag-Cu无铅焊料进行连接,制备了C-SC-C型、SC-C-SC型(C代表铜带,SC代表高温超导带)等四种层状复合结构.研究和考察了四种结构样品在室温下的拉伸性能和弯曲性能,以及电性能等.测试结果表明:与高温超导带材相比,复合后结构的拉伸性能得到了提高;复合结构中采用两根高温超导带材后,提高了传输电流的能力.研究结果为Bi-2223/Ag高温超导带材的实际应用以及新应用结构的设计提供了参考数据和实验依据.     

基于ReBCO涂层导体各向同性超导股线自场下临界电流

本文提出一种基于第二代高温超导涂层导体(ReBCO CC)具有各向同性结构的高温超导股线.股线中的带材按照中心对称的方式进行排列,使用导热导电性能良好的金属材料对带材进行捆扎包覆,采用金属包套工艺提高股线的机械性能和电磁稳定性.为了研究各向同性高温超导股线(IHTSS),本文提出一种根据带材各向异性,通过有限元仿真,计算股线自场下临界电流的方法.制作了一根20cm长的IHTSS短样,在液氮温度下对其自场临界电流进行了测量,实验结果与计算结果基本一致,证明了计算的合理性.此外,实验和仿真表明,IHTSS在液氮温度下已具有较高的临界电流.     

准各向同性高温超导股线的弯曲特性研究

主要研究了各向同性高温超导股线在77K、自场下的弯曲特性。首先阐述了各向同性高温超导股线的结构特点,分析了在弯曲状态下股线内部超导体不同区域的弯曲情况并建立了单根带材侧向弯曲的几何模型。在此基础上,对单根带材样品进行侧向弯曲实验,测量其在不同弯曲半径下的临界电流并分析其衰减情况,得到带材的临界弯曲半径。然后对各向同性高温超导股线样品进行弯曲特性实验,确定了超导股线的最小弯曲半径,该超导股线在电力传输及大型超导磁体方面具有潜在应用价值。     

高温超导磁体临界电流影响因素的研究

临界电流值是描述Bi2223高温超导带材性能的一个基本参数,在一定的温度条件下,Bi2223高温超导带材的临界电流是带材所在位置磁场大小和磁场方向的函数,其短样的临界电流值可以通过四引线法测量,单根超导带材的自场很小,磁场对临界电流的影响可以忽略.高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的最小电流,高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多,磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同,很难用理论的方法准确计算磁体的临界电流.对于高温超导磁体而言,除了磁场的影响因素以外,绕制磁体所用的超导带材自身的均匀性也是影响其临界电流的一个重要因素.本文对这两个因素进行探讨,并着重讨论高温超导带材自身的均匀性对临界电流大小的影响,本文的结论可以为高温超导磁体的设计、磁体绕制时带材的选择、磁体运行时安全工作电流的确定提供帮助.     

YBCO线圈交流损耗的有限元分析与实验验证

随着高温超导YBCO带材载流能力的不断提高和成本的逐渐降低,YBCO线圈及磁体的应用将日益广泛。文中利用有限元方法研究了YBCO线圈的交流损耗特性,计算了50Hz下线圈的瞬时交流损耗,分析了每匝带材中的电流和磁场分布。仿真结果表明,线圈内侧承受的磁场最大,但线圈中部每周期的交流损耗最大,且线圈中始终存在未被磁场穿透的区域。除此之外,文中实验测量了YBCO线圈的临界电流和交流损耗,实验结果良好地验证了仿真方法的正确性。     

扭转应变与高温超导带材临界电流分布关系研究

为加工大电流导体和制备高温超导电缆,有必要掌握高温超导带材在扭转下性能。该文研究了扭转下高温超导一代铋锶钙铜氧(BSCCO)和二代钇钡铜氧(YBCO)带材临界电流的分布与扭转应变之间的关系,用四线法在液氮、自场环境下测量了不同扭距下带材临界电流,分析比较了三种不同带材(日本住友HT-CA;AMSC8501;Super Power SCS4050)临界电流随扭距变化规律的异同,建立了计算扭转下带材内部应变的模型,推导出了扭转下三种不同带材临界电流密度与应变之间的函数关系。此外,将实验测得的临界电流与通过模型理论计算得到的数值进行了比较和分析。     

金属封装内冷型高温复合超导体电磁特性的有限元分析

基于工程化高温超导带材的内冷型复合超导体电磁特性受磁场各向异性影响较大,采用有限元方法分析了内冷型复合超导体的电磁特性。利用COMSOL Multiphysics建立了基于商品化高温超导带材的金属封装内冷型高温复合导体的有限元计算模型,并对其进行电磁仿真分析,得到了内冷型复合超导体的磁场分布,应用高温超导材料在磁场下的Jc-B曲线关系,获得内冷型复合导体在77K液氮温区下临界电流受磁场影响的变化规律。采用电场强度与电流密度进行面积分的方法,计算得到了不同频率、不同通流下内冷型复合导体的交流损耗情况,计算表明,相同频率下交流损耗随激励电流的增大而增大,相同激励电流条件下交流损耗与通流频率成正比关系。     

内封光纤高温超导CORC©缆线电磁特性仿真研究

内封光纤高温超导 CORC?? (Conductor on Round Core) 缆线在传统 CORC?? 缆线结构的基础上, 将光纤嵌于铜芯骨架内, 不仅能够保持原有集束缆线表面形貌的完整性, 还能通过外置分布式光纤传感解调设备, 实现对缆线失超的快速检测. 然而, 改变缆线结构有可能引起缆线电磁特性发生变化, 继而影响高场磁体的设计与应用. 本文以高温超导CORC?? 缆线为研究对象, 采用有限元仿真技术研究了直流供电的内封光纤CORC?? 缆线在正常运行工况下的电磁场分布特性, 通过对比普通CORC?? 缆线, 分析了内封光纤对CORC?? 缆线电磁性能产生的影响. 研究结果表明, 两种缆线在正常运行工况下的电流密度及磁通密度分布特性较一致, 初步论证了内封光纤高温超导CORC?? 缆线在高场磁体应用的可行性.     

高温超导带材临界电流各向异性的试验研究

二代高温超导带材因其机械和磁场下的性能优于一代带材,近年来受到广泛关注。文中针对高温超导带材的特点,结合实验室的现有设备,设计了超导带材临界电流的测试平台,对三种二代高温超导带材在77K、不同磁场、不同角度下的临界电流进行了测量,分析了其在不同背景磁场和磁场角度下的各向异性,并用插值法拟合出了其临界电流与磁场及其角度的关系曲面,为超导磁体设计中高温超导带材临界电流的计算提供依据。     

升流速率对超导带材临界电流测试的影响

在高温超导带材的临界电流测试过程中,电流的升流速度是影响测试效率的关键因素。因此,对国内外厂商提供的高温超导带材的临界电流值、N值进行了测量和计算,结合理论和实验对由感应电动势产生的基准电压进行了分析,对比了不同的升流速率下高温超导带材临界电流测试的结果,提出了恒定速率升流法测量高温超导带材临界电流的升流速率建议值。     

An Optimize Design of HTS Transformer :Multi-Width and Multi-Distance Structure北大核心CSCD

高温超导变压器由于具有体积小,交流损耗低等优点而在电网中占有非常重要的作用.本文设计了一种三相1 MVA容量的混合行高温超导变压器,为10 MVA大容量的高温超导变压器的设计提供技术经验.其中,高压绕组采用常规Cu导线;低压绕组采用YBCO第二代高温超导带材,由12个饼并联绕制而成.为了优化其结构,采用了有限元分析方法,在Opera-3D中建立了“磁-路”耦合模型并进行计算.计算结果表明,低压线圈中的电流分布不均匀,导致了材料的浪费并且可能造成线圈损坏.因此,我们采用复合带宽线圈替换相同带宽的线圈,即:12根带材的宽度与其承载的电流的大小成正比.结果给出了复合带宽线圈中每个饼的电流分布情况,表明复合带宽线圈可以应用于变压器中.同时,为了提高低压线圈中电流的均一性,我们提出了多间距结构,并且将实验电流与临界电流的比值定义为电流均一度.结果显示修改后的设计有更好的电流均一性.     

高温超导带材交流损耗的数值计算与分析

高温超导带材在许多领域得到越来越广泛的应用。交流损耗计算对于高温超导带材具有重要意义。该文介绍了两种交流损耗的数值计算模型,并以其中一种模型为例,对带材的交流损耗进行计算,与Norris公式计算结果作了比较,证明结果有效。最后提出了交流损耗数值计算中存在的问题。     

一种高温超导变压器的优化设计:复合带宽及多间距结构（英文）

高温超导变压器由于具有体积小,交流损耗低等优点而在电网中占有非常重要的作用.本文设计了一种三相1 MVA容量的混合行高温超导变压器,为10 MVA大容量的高温超导变压器的设计提供技术经验.其中,高压绕组采用常规Cu导线;低压绕组采用YBCO第二代高温超导带材,由12个饼并联绕制而成.为了优化其结构,采用了有限元分析方法,在Opera-3D中建立了"磁-路"耦合模型并进行计算.计算结果表明,低压线圈中的电流分布不均匀,导致了材料的浪费并且可能造成线圈损坏.因此,我们采用复合带宽线圈替换相同带宽的线圈,即:12根带材的宽度与其承载的电流的大小成正比.结果给出了复合带宽线圈中每个饼的电流分布情况,表明复合带宽线圈可以应用于变压器中.同时,为了提高低压线圈中电流的均一性,我们提出了多间距结构,并且将实验电流与临界电流的比值定义为电流均一度.结果显示修改后的设计有更好的电流均一性.     

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。     

基带材料对单层高温超导电缆模型交流损耗的影响

高温超导(HTS)带材的基带可以改变带材的磁场分布,从而影响到带材的交流损耗。从实验和数值分析两个角度计算了不同高温超导带材的自场损耗,并分析了不同基带对带材自场损耗的影响。利用不同高温超导带材制作了多个单层高温超导电缆模型,并从磁性基带的角度分析了各模型的交流损耗特性。结果显示非磁性基带不影响带材的交流损耗。对于超导电缆模型而言,当磁性基带位于模型外侧时,模型外部空间不存在损耗磁通。此外BSCCO模型和YBCO模型的交流损耗特性相似,NY模型和YN模型的损耗相比前两个模型偏大。尤其在低电流区域,YN模型的交流损耗最大。     

面向电力应用的高温超导线圈绕制关键技术研究现状

高温超导线圈是超导电力设备中的核心部件,结构和绕制工艺直接决定了高温超导线圈的载流能力及可靠性。文中论述了面向电力应用的高温超导线圈绕制关键技术研究现状,涉及高温超导带材选取、线圈绕制、带材接头焊接和绝缘处理,此外,对各工艺环节的关键技术进行了评述与展望。     

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。     

高温超导线(带)材的研究进展

综述了高温超导线(带)材的最新研究进展。主要介绍了第一代铋系高温超导线材,第二代钇系高温超导涂层带材以及新型MgB2超导线材的研究现状,并探讨了其发展方向和研究重点。