三相行波磁场中涂层超导线圈的电-磁-力特性研究

随着超导线圈在电力领域中的应用越来越广泛,该文利用有限元仿真软件对处于交变磁场中载流高温超导带材的电-磁-力特性进行了研究,通过超导体的非线性E-J本构关系和基于棱边元法的磁场强度法来求解超导线圈内的电流分布、线圈周围的磁场分布及其受到的电磁力大小等电磁特性,重点研究了在以涂层超导磁体为励磁线圈的直线牵引系统中超导线圈和三相绕组之间的电磁力大小.基于仿真结果,分析了超导线圈内电流分布随气隙的变化关系;线圈周围的磁场分布情况及其对超导线圈临界电流的影响;线圈受到的电磁力随时间和气隙的变化关系等,所得结果为高温超导直线电机的设计和应用提供参考依据.     

地磁环境下基于SQUID三轴磁强计的矢量稳场

超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device,简称SQUID)是一种高灵敏度的矢量磁探测器.本文采用低温超导SQUID作为传感器,搭建了一套三轴矢量磁场稳定装置.该系统由两个三轴SQUID磁强计模块、比例积分微分(PID)控制器和反馈线圈组组成.在该系统的矢量稳场下,磁场波动峰峰值在有效带宽内可以降低四个数量级,可达pT量级,稳场效果显著.此技术可以满足大部分需要稳定磁场,如高灵敏度磁传感器的标定等应用场合.     

关于磁单极子通过超导线圈的讨论

1 问题的提出 1931年英国物理学家狄拉克从理论上预言了磁单极子的存在.1982年,美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验.他设想,如果一个只有S极的磁单极子从左向右穿过如图1所示的超导线圈圆环abcd,那么超导线圈中将会出现什么现象呢?     

20T混合磁体超导线圈的研制和性能试验

我国第一个稳态强磁场装置——合肥20T 混合磁体系统正在建造中.装置中的超导线圈已经绕制完成并作了性能试验.这是一个口径为320mm 的密绕线圈,其中心磁均高于8.3T,储能超过2MJ.本文报道了线圈的设计,绕制和实验结果.     

基于超导中继线圈的磁耦合谐振式无线传输系统的传输效率分析北大核心CSCD

磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现较远距离和较大功率的能量传输.由于它的便利性和安全性,它可以被应用到各种电子产品的无线充电技术中.但由于传输效率和传输距离等问题,它还不能实现商业化.针对这些问题,本文提出用超导中继线圈替换常规中继线圈的方案.超导线圈相对于常规中继线圈可以承载更大的电流密度,有更低的电阻和更高的品质因数(Q),因此它可以减少线圈自身的阻抗损耗,传输更多的能量.本文实验结果表明:在相同条件下超导线圈的品质因数是铜线圈的三倍左右;并证明用超导线圈作为中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统可以提高传输效率和增加传输距离.     

电磁学与电动力学中的磁单极—Ⅲ

本文为作者磁单极系列文章的第3篇,该系列文章在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式分别介绍磁单极的若干奇特性质.在本篇文章中作者通过一个实例显示有磁单极存在的点电荷系统的作用量涉及磁单极的部分在物理区域是不存在的,但在以物理区域为边界的高维非物理区域可以存在,考虑量子力学则要求点电荷必须是量子化的.     

基于超导中继线圈的磁耦合谐振式无线传输系统的传输效率分析

磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现较远距离和较大功率的能量传输.由于它的便利性和安全性,它可以被应用到各种电子产品的无线充电技术中.但由于传输效率和传输距离等问题,它还不能实现商业化.针对这些问题,本文提出用超导中继线圈替换常规中继线圈的方案.超导线圈相对于常规中继线圈可以承载更大的电流密度,有更低的电阻和更高的品质因数(Q),因此它可以减少线圈自身的阻抗损耗,传输更多的能量.本文实验结果表明:在相同条件下超导线圈的品质因数是铜线圈的三倍左右;并证明用超导线圈作为中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统可以提高传输效率和增加传输距离.     

磁悬浮系统中多芯复合Nb3Sn超导线磁通跳跃的可调性研究

超导磁悬浮列车在加速启动的过程中,载有恒定大电流的超导线圈处在变化的磁场中,这会导致超导线圈发生磁通跳跃,从而降低线圈的载流能力.并且磁通跳跃会产生大量热量而使超导线圈温度急剧升高,严重时会导致超导线圈失超,所以对磁通跳跃的研究具有非常重要的科学意义.Nb₃Sn超导线是由多根微米级的超导芯丝、铜和环氧树脂形成的复合结构.本文通过约束每根芯丝的静电流为零的二维模型来分析三维绞扭效应,研究了超导线在交变磁场和恒定电流下的磁热不稳定性行为.通过分析交变磁场的幅值和频率对Nb3Sn超导线磁通跳跃的影响,发现当磁场幅值不变时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随频率非单调变化.而当频率一定时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随交变磁场幅值单调变化.此外,随着幅值的减小,发生磁通跳跃的频率区间先变大后变小,直到某个临界频率后超导线不再发生磁通跳跃.本文的研究结果能够为调控超导线的磁热不稳定性行为提供理论依据.     

关于磁单极子通过超导线圈的再讨论

看过贵刊的《关于磁单极子通过超导线圈的讨论》[1](以下简称原文)一文,笔者认为原文至少有2处地方值得商榷.一是超导线圈中的电流I正比于Φ,与普通导体中电流正比于(dΦ/dt)不同.因为超导线圈的特性之一是线圈中的磁通量是不能变的.当有外来的磁通量Φ穿过超导线圈时,线圈中产生电流,电流产生的磁     

基于高温超导线圈的共振式无线输电研究

磁耦合共振式无线电能传输技术因其可以实现中距离和高效率的电能传输而被广泛重视。采用超导线圈代替常规铜线圈的无线输电系统,因临界温度下具有较小的损耗和较高的品质因数,可望大大提高系统的能量传输效率。分别构建了基于高温超导发射线圈的超导无线输电系统和基于铜发射线圈的常规无线输电系统,实验研究了超导线圈和铜线圈无线输电系统的能量传输效率与轴向距离和径向距离之间的关系。仿真和实验结果表明:相同条件下,无线输电系统使用超导发射线圈代替铜发射线圈可以有效提高系统能量传输效率,并改善系统在线圈未对准情况下效率的衰减。     

全超导托卡马克极向场超导线圈的失超检测

EAST装置做为全超导托卡马克装置,其纵场和极向场线圈全部由超导磁体组成,所以进行安全,准确,有效的超导线圈的失超保护是装置安全运行的首要环节.由于等离子体电流的建立必须由极向场线圈系统提供极快速的磁通变化,随之产生较高的交流损耗使得极向场线圈很容易发生失超.如何对快速交变脉冲磁场下的超导线圈进行有效的失超检测,这在世界上也无先例可循.EAST装置的失超检测系统经过几十轮单饼超导线圈实验及多轮装置正式放电实验后逐步建立和完善起来,并已通过工程验收满足了装置实验运行要求.本文主要介绍了EAST装置失超检测系统的基本结构和检测原理,重点阐述了极向场超导磁体失超检测的设计方法及实验结果。     

托卡马克聚变堆中环向磁场超导线圈的磁弹性弯曲与稳定性

本文针对托卡马克装置中超导载流磁体的磁弹性弯曲与稳定性问题，运用Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律和曲梁弯曲理论，给出了其环向磁场的超导载流线圈结构在自身电流产生的磁力作用下的磁弹性力学模型。所得到的控制方程反映了磁场与线圈变形之间的非线性耦合作用，全面描述了结构的轴向拉伸、绕轴扭转、面内弯曲和面外弯曲等各种变形模式。本文采用半解析半数值方法对控制方程进行了定量求解，获得了有关线圈形变和内力分布的定量结果。通过其面外弯曲变形与外加电流的非线性关系，应用Ｓｏｕｔｈｗｅｌ图，给出了线圈在磁弹性相互作用下发生磁弹性失稳的临界电流值，并讨论了临界电流随环向磁场线圈个数变化的规律     

Bi-2223/Ag超导闭合线圈的制备及其电流衰减特性的研究

本文研究了使用Bi-2223/Ag超导带材制备超导闭合线圈的工艺及超导闭合线圈中电流衰减的特性.在闭合线圈焊接点的制作上,分别采用了超导焊接和普通焊锡焊接两种不同方法.通过测量闭合线圈中心点的磁场衰减过程,观察了这两种闭合线圈中电流衰减的特性.实验发现,使用超导焊接技术制备的闭合线圈,电流衰减与时间的自然对数成线性关系,在线圈局部受损伤的情况下,上述关系仍然成立;使用普通焊锡焊接方法制备的闭合线圈,电流衰减不存在上述关系,但也不是时间的e指数函数.     

超导线圈中的感应电流

通过和普通导体线圈比较,从超导线圈内磁通量保持不变的性质出发,讨论了不同情况下超导线圈中感应电流的大小、方向和持续时间等方面的特点.     

基于改进型Z源混合变换器的高温超导线圈放电控制研究

超导磁储能系统(SMES)是利用超导磁体以电磁能的形式将电能储存起来,特点是功率密度大,几乎无热损耗,响应速度快.其本质是以电感形式存储磁能,核心是超导线圈.由于在超导线圈的自然放电过程中,线圈电流会呈指数形式快速衰减,使得超导线圈的储能无法得到有效的利用,因此,需对超导线圈的放电进行控制,得到负载需要的稳定输出.本文针对超导储能线圈,提出一种应用于超导储能的DC/DC变换器电路拓扑,即改进型Z源混合变换电路,并分析了其工作原理及控制方法.结合PFM控制技术,提出采用滞环控制方式对变换器进行反馈控制,实现对超导线圈的稳定可控放电.通过PSIM仿真软件进行了仿真分析,仿真结果表明,基于滞环反馈控制的Z源混合DC/DC变换电路可以控制超导线圈的放电过程,得到稳定的输出,验证了该变换电路的的适用性.     

EAST超导托克马克磁体的大型供电供冷外馈线

EAST全超导托克马克聚变实验装置由16个D形环向场线圈和12个圆形极向场线圈组成,大半径1.7m,当环形场线圈励磁14.3kA时,中心场3.5T;±14.5kA极向场线圈可提供10Vs磁通量变化.连接这些超导磁体与13台独立电源和一台制冷机之间的低温和超导部件组成大型供电供冷馈线,在EAST装置外部的外馈线包括:两组超导母线;13对电流引线及其杜瓦;一个大的低温分配恒温器,内装有40多个低温控制阀,4.4K液氦槽,3.8K过冷槽,78K液氮槽和4台超临界氦循环泵;五条低温传输线.本文介绍外馈线的设计、安装和运行情况.     

超导楞次定律实验装置

超导楞次定律实验装置由磁块、3个金属环(铜、铝和不锈钢)和1个超导环以及导向管组成.除了传统楞次定律实验装置的展示内容,该装置还可以展示磁块在超导环上的悬浮现象,磁块在穿过金属环和超导环时的受力情况不同.     

NbTi超导缆绝缘工艺温度下电阻率的研究

超导线圈绝缘固化可以通过给超导线圈中超导缆通入电流,以超导缆自身产生的焦耳热对线圈加热,得到线圈绝缘工艺所需的温度;同时将CICC导体中Nb Ti超导缆和单根超导线加热到线圈绝缘工艺相关温度,用直流四线法测量Nb Ti超导缆和单根超导线在不同温度下的电阻率,得到在303K~443K温度区间内Nb Ti超导缆和超导线电阻率随温度变化的关系式,并依据超导缆绞缆结构对二者进行折算和对比,确认了超导缆电阻率测量结果的可靠性。根据测得的电阻率-温度关系,可以得到在不同温度下超导缆产生焦耳热的能力,从而为超导线圈绝缘固化温度控制提供了重要的参考依据。     

电磁学与电动力学中的磁单极-Ⅱ

本系列文章一共4篇,在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式分别介绍磁单极的若干奇特性质.本篇文章主要介绍狄拉克磁单极是如何展示矢量势的规范变换的.我们首先简要介绍规范变换与规范对称性及狄拉克磁单极与狄拉克弦,然后讨论狄拉克磁单极与规范变换的联系.我们显式演示狄拉克弦摆动产生的规范变换,弦摆动区域对场点所张的立体角正比于规范变换的变换函数.磁偶极子则可以由两个无穷靠近的正反狄拉克磁单极构成.相应两条狄拉克弦位置的变化都对应磁偶极子矢量势的规范变换,特别当两条弦重合时弦效应相互抵消,只剩下纯的磁偶极子.传统的由磁偶极子产生的矢量势的规范变换则可以图像化为组成磁偶极子的正反狄拉克磁单极的狄拉克弦的摆动.我们显式地计算了位于坐标原点弦为直线的狄拉克磁单极,并进一步构造了没有奇异的吴大峻-杨振宁磁单极.     

高漏抗超导可控电抗器工作原理仿真分析

超导可控电抗器较传统可控电抗器具有具有体积小、重量轻,效率高,阻燃,谐波小等优点.本文对高漏抗超导可控电抗器的工作原理和结构进行了介绍.通过电磁仿真对高漏抗超导可控电抗器两个超导线圈均开路、两个超导线圈一开路一短路、两个超导线圈均短路三种工作状态的原理特性及优缺点分别作了详细研究,并结合材料特性和设计工艺进行了相关分析.