无绝缘高温超导双饼线圈的瞬态电热特性分析

无绝缘高温超导线圈具有良好的电热稳定性和机械紧凑性,但其充电过程中却有明显的磁场延迟现象。为详细了解无绝缘高温超导线圈励磁过程的瞬态特性,建立了无绝缘高温超导线圈的同轴圆环等效电路模型。通过绕制一个670匝的无绝缘高温超导双饼线圈,在液氮温度下进行不同充电速率的励磁实验,初步验证了等效电路模型的正确性。基于该模型,针对线圈励磁过程的充电和恒流阶段,仿真得到了线圈各匝的径向电流分布规律和电热损耗特性。     

500 kVA/10 kV高温超导变压器设计及稳态特性研究

设计了一台500 kVA/10 kV单相高温超导变压器,对其在工况下的电磁特性与温度特性进行仿真研究。根据工程经验公式给出超导变压器的铁心规格与绕组结构等重要参数,使用有限元软件建立了超导变压器的二维轴对称仿真模型,基于高温超导体的H方程与传热理论,计算超导变压器正常运行时的磁通密度、温度及交流损耗。仿真结果表明,在超导变压器绕组端部存在较大的径向漏磁通,导致端部线圈损耗较大、温度较高,需采用适当方法减小径向漏磁通。     

大孔径真空压力浸蜡超导磁体稳定化及保护

研制了一种中心场3T的大孔径真空压力浸蜡超导磁体.NbTi超导线圈内径0.928 m,外径1.02 m,长0.355 m.超导线圈采用液氦浸泡冷却,低温系统采用两台G-M制冷机提供冷量,实现运行过程中液氦零蒸发.超导线圈采用二元电流引线与电源连接,二元电流引线由高温段的铜引线和低温段的高温超导引线通过换热器连接而成.线...     

考虑磁场径向分量的高温超导储能磁体几何结构优化配置

高温超导储能磁体磁场的径向分量使得带材利用率不高且磁体储能密度低.针对此问题,本文提出了一种获得高温超导储能磁体最优几何结构配置的方法.首先利用MATLAB对YBCO高温超导储能单螺管磁体的结构进行优化获得初步模型,随后对双饼线圈进行分组,利用电磁场有限元分析软件对内外三阶梯和内外八阶梯结构磁体的磁场径向分量、储能大小进行了分析,研究了相邻双饼线圈不同厚度间距对磁体带材利用率和磁体储能密度的影响.由仿真计算结果可知,内外多阶梯结构磁体均能够提升磁体的性能,其本质是减小磁场径向分量.通过对计算结果比较分析最后获得了储能磁体几何结构的最优配置.     

用于超导脉冲变压器的双饼线圈交流损耗优化

基于二维轴对称H方程法对用于高温超导脉冲变压器的YBCO双饼线圈进行了有限元建模与仿真,研究了分磁环参数和开槽数对YBCO双饼线圈传输原边电流时的磁场特性和交流损耗的影响.仿真结果表明,分磁环能够显著减弱双饼线圈的径向磁场,降低其交流损耗.对分磁环开槽后,径向磁场主要分布在开槽处.当分磁环相对磁导率为100,与线圈间距...     

高温超导电流引线在EAST装置工程调试中投运

EAST全超导托卡马克核聚变实验装置有一对纵场磁体电流引线和12对极向场线圈电流引线,额定电流为14.5～16.3 kA,在第二轮装置工程调试中5对高温超导电流引线投入运行.这些电流引线的高温超导段系传导冷却,上端用79K液氮冷却,下端由4.5K超临界氦流迫冷;铜电流引线段采用氮蒸汽冷却.运行参数表明高温超导电流引线具显著的节冷效益.本文介绍这些电流引线的运行工况和安装前的接收试验结果.     

0.5MJ高温超导储能磁体设计分析与研究

高温超导储能磁体(HTS-SMES)是电力系统中的重要应用.文中设计了一种0.5MJ级SMES装置,采用YBCO高温超导带材绕制为14组线圈饼,每组线圈饼由四个单饼线圈组成,设计工作温度为20K,工作电流100A.SMES装置在运行时,中心磁场接近3T,保证高磁场下YBCO带材的临界电流是SMES装置正常运行的必要条件.文中通过有限元的方法分析了运行工况下SMES装置的漏磁场,线圈内磁感应强度的分布,在该磁场条件下带材性能满足运行条件.通过电磁,结构耦合计算与冷却过程的应力分析,得到了线圈上的米塞斯应力与形变,满足储能磁体运行的条件,可以为SMES装置的设计和运行提供参考.     

高温超导变压器绕组端部分磁环的优化设计与研究

本文采用有限元方法研究了低损耗分磁环对高温超导变压器绕组端部漏磁场分布、线圈所承受的电磁力以及高温超导线圈交流损耗的影响,并以高温超导线圈交流损耗最小和并联超导绕组间环流最小为目标,对分磁环的结构参数进行优化.结果表明,分磁环对提高高温超导变压器的性能有一定的作用.     

高温超导磁体研究进展

 美国Ｄｕｐｏｕｔ公司设计了一个高温超导磁分离机,它将用于分离高岭土和钛氧化物中的矿物质．这个高温超导磁体直径为０．８ｍ,中心磁场为２到２．５Ｔ,运行温度为２０Ｋ．美国佛罗里达高场实验室报道了它们一个３Ｔ的高场高温超导插入线圈,导线用ＰＩＴ法制造,线圈为双并式结构,用Ｗ＆Ｒ法制造．里层线圈的导线是纯银基,外面二组线圈导线是用Ａｇ和ＡｇＭｇ作基底．线圈试验是成功的．芬兰Ｔａｍｐｅｒｅ大学和美国超导公司合作研制了一个５ＫＪ的高温超导微型ＳＭＥＳ,该储能线圈是美国超导公司用Ｂｉ－２２２３带绕成的,其运行电流为１６０Ａ,运行在２０Ｋ温度下,磁体采用二级Ｇ－Ｍ制冷机冷却,冷却功率为８Ｗ．     

固氮冷却的高温超导磁体

本文介绍了高温超导磁体的固氮冷却方法.对20K下磁场为2.90T的小型Bi2223/Ag高温超导磁体进行固氮冷却实验,获得了系统冷却过程和磁体性能的实验曲线.实验结果表明:采用固氮作为冷源,是高Tc磁体一种成功的实验技术.     

电力系统用高温超导磁体的热稳定性分析

为了研究高温超导磁体在电力系统应用中的运行状态,在建立了高温超导磁体在交变电流运行下的分析模型的基础上,对磁体温度场进行有限元分析,给出了磁体在交变电流运行下磁体内部的温度分布,探求了磁体的安全工作电流,提出了改善磁体热稳定性的措施,对直接冷却、饼式结构的高温超导磁体研制有一定参考意义。     

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介绍了高温超导(HTS)大电流引线设计的安全性与效率的相关理论以及实验研究。实验结果表明：安全性与阻性换热器(HEX)的电流密度和HTS组件的温度裕度相关,换热器的效率涉及冷却气流的流量、它与换热面积、传热系数、铜材RRR值和换热器的优化长度等相关。     

直接冷却高温超导电流引线的有限时间热力学分析

用有限时间热力学最小熵产率的方法对连续冷却电流引线进行优化 ,比较高温超导电流引线连续冷却和冷端冷却两种直接冷却方式。优化后的连续冷却电流引线上热流量随温度的降低而减小 ,温度在高温段变化较快 ,熵产率小。冷端冷却时在整个引线上热流量分布相同 ,温度在低温端变化较明显 ,熵产率较大。优化后的连续冷却方式比冷端冷却方式合理。     

脉冲磁化下高温超导带叠层导体的力学特征分析

第二代(RE)BCO 高温超导带可以进行切割和堆叠以形成叠层状的复合导体结构, 具备磁化后捕获强磁场的潜力. 脉冲磁化条件下, 叠层导体会受到电-磁-热多物理场作用, 易对高温超导带的力学稳定性造成不利影响.本文基于电磁场 H 格式和热传导方程对叠层导体进行了多场耦合建模分析, 同时结合有限元方法, 分析了圆柱形叠层导体脉冲磁化过程中的应力分布特性. 结果显示, 环向拉应力是叠层导体的主要破坏因素. 环向应力的主导成分为热应力, 其变化趋势与热应力变化高度吻合. 热应力在叠层内部处于较低水平, 表现为拉应力, 沿半径逐渐变更为压缩应力, 在边缘区域达到峰值-34 MPa, 随后转变为拉应力, 并在边界处达到峰值38 MPa, 峰值时间点都位于升磁阶段, 降磁阶段峰值不断降低     

EAST降温实验中HTS电流引线的降温操作与自动控制

EAST装置的8对铜电流引线于2007年升级改造为HTS电流引线。基于改造后的冷却回路和降温操作经验,在低温DCS中设计并实现了HTS电流引线降温操作的自动控制,包括降温流程的顺序控制和自动安全监控,以及液位和温度等关键过程参数的自动控制回路。经过降温实验验证,以上自动控制策略完全满足HTS电流引线的降温要求。     

45 kVA单相高温超导变压器交流损耗特性研究

本文研究以多芯不锈钢加强Bi2223/Ag带材绕制的45 kVA单相高温超导变压器的交流损耗特性.变压器绕组置于具有室温孔径的环形玻璃钢杜瓦内,铁芯穿过杜瓦室温孔径以保证铁芯与绕组分离并工作于室温环境.在77 K和工频下,基于Bean模型和绕组中的磁场分布计算了绕组的交流损耗,计算结果与传统电测法和热测法测量的变压器交流损耗结果一致;表明在77K绕组中交流损耗以磁滞损耗为主,涡流损耗和耦合损耗可以忽略不计.     

300kVA高温超导变压器电流引线漏热损耗的测量

电流引线是高温超导变压器的主要外部漏热来源,它的漏热量直接影响了超导变压器的经济性能,因此,引线的设计与漏热测量一直备受关注。文中构建了一个实验方案,运用量热法测量低压引线的漏热,并将试验结果与仿真预期值进行了对比和分析,从而验证了仿真设计的正确性。     

场冷条件下超导块材的吸引力与排斥力

基于K im临界态模型,通过考虑超导块材内部屏蔽电流的穿透历史过程,其计算了不同场冷条件下高温超导悬浮系统的悬浮力。其计算结果与实验结果吻合很好。结果显示:超导块材的最大吸引力随场冷高度的升高呈指数关系减小;达到最大吸引力的悬浮高度随场冷高度的增加近似呈线性关系增长。最大排斥力随场冷高度的变化曲线存在临界值:当场冷高度小于临界值时,最大排斥力呈线性关系增加;反之,最大排斥力呈指数关系增长。悬浮力与场冷高度的这些变化规律可以用超导块材内部屏蔽电流的穿透情况进行很好地解释,为超导块材的实际工业应用提供了重要的理论依据。     

基于声发射传感器的高温超导线圈临界电流的研究

用经验失超判据Ec=1μV/cm可以对高温超导线圈在直流情况下的临界电流进行检测,但对于高温超导线圈交流时的临界电流还没有一个标准.利用声发射传感器对高温超导线圈的交流临界电流进行了初步研究,并把结果与直流临界电流进行了比较,结果表明在低于直流临界电流时,声发射传感器获得了明显改变的声信号,即高温超导线圈的交流临界电流...     

高安全ITER高温超导电流引线的分流器材料选择

当高温超导失超后其电流由分流器承载,分流器材料的选择将影响电流引线冷端热负荷和运行费用.本文通过不同金属材料物性的对比计算,寻找最佳的分流器材料,使得ITER巨型超导磁体的高温超导电流引线运行可靠和费用最低.分流器横截面积确定基于分流器与Bi-2223基体AgAu的电阻率对失超后电流分配比,这样保证超导体转入电阻态后分流器分流大部分电流,同时由于分流器具有很好热沉作用,抑制超导体温度迅速上升,从而避免超导材料烧毁或过热.