扭转应变下的YBCO超导带材临界电流特性研究

为了推动YBCO带材应用于大电流导体及高场磁体,有必要研究YBCO带材在扭转状态下的特性.本文自制了一个高温超导带材扭转测试装置,研究了上海超导的YBCO带材在液氮自场下临界电流与扭转角度的变化关系.在扭转状态下,带材的临界电流会发生衰退行为,当扭转角大于720°时,临界电流快速下降,带材n值的变化与临界电流的变化大体相似.研究发现沿带材纵向上的临界电流退化行为较为均匀,表明带材上的扭转形变比较一致.当扭转角度达720°时,临界电流有97%的衰退,撤去扭转时发现临界电流并未恢复到初始状态,并且此后的临界电流都不可恢复,说明此时的扭转应力对带材造成了永久损害.以95%Ico为临界扭转标准,带材的临界扭转角为750°,相应的临界扭距为136.8mm,极限扭转剪切应变为0.46%.     

二代YBCO带材接头电学性能低温实验研究

针对第二代YBCO高温超导带材接头进行相关电学性能测试,根据对YBCO带材与其他材料焊接接头模型进行电流转移分析,得出接头电阻与YBCO焊接面的电阻率、焊料种类有关。再进行YBCO带材临界电流测试,YBCO二层叠临界电流测试,YBCO带材不同搭接方式的临界电流以及接触电阻测试和不同焊料对YBCO带材接触电阻影响的实验,实验得出YBCO带材的接触电阻与焊料的选择无关,与焊接面有关。     

YBCO高温超导带材低温临界性能测试方法北大核心

介绍了一种临界电流测试系统,用于研究钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材在不同温度以及不同磁场强度环境下的临界电流特性,该系统基于四引线法,其主要包括一孔径70mm、最高磁场16T的背景磁体以及低温杜瓦;Keithley 2182A纳伏表,PCI-9114数据采集卡搭建的数据采集系统,以及Lakeshore 340温控仪的温度控制系统。利用该系统进行YBCO带材分别处于平行场及垂直场时不同温度及磁场强度环境下的临界电流测试,得到了YBCO带材在低温环境下的临界电流特性,为YBCO带材的应用及研究提供依据。     

YBCO高温超导带材低温临界性能测试方法

介绍了一种临界电流测试系统,用于研究钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材在不同温度以及不同磁场强度环境下的临界电流特性,该系统基于四引线法,其主要包括一孔径70mm、最高磁场16T的背景磁体以及低温杜瓦;Keithley 2182A纳伏表,PCI-9114数据采集卡搭建的数据采集系统,以及Lakeshore 340温控仪的温度控制系统。利用该系统进行YBCO带材分别处于平行场及垂直场时不同温度及磁场强度环境下的临界电流测试,得到了YBCO带材在低温环境下的临界电流特性,为YBCO带材的应用及研究提供依据。     

Ba-122铁基超导带材扭转下临界性能研究

为推动铁基超导带材实用化发展,本文研制出一种在铁基超导带材纯扭转测试装置,分析了7芯Ba_1-xK_xFe₂As₂(Ba-122)带材在扭转应变下临界性能变化。带材临界电流在扭转应变下会出现衰退行为,并且随扭转应变增大而减小。四对电压信号测量结果一致,表明扭转变形均匀。以95%的初始临界电流为临界扭转标准,带材临界扭转角为120°,相应的临界剪切应变为0.86%和临界扭转螺距为240 mm。扭转应力会损伤超导芯,导致带材临界载流性能降低。     

千匝量级高温超导YBCO磁体交流损耗的仿真分析

高温超导YBCO带材严重的各向异性,使得YBCO磁体的交流损耗特性比BSCCO磁体更加复杂。利用有限元方法研究了匝数多达1000匝的YBCO磁体的交流损耗特性。该方法基于H方程,考虑了YBCO带材与磁场强度和方向相关的临界电流密度以及高温超导体高度非线性的E-J关系。由于磁体匝数众多,采用均质化bulk近似方法简化了磁体建模,加快了计算速度,并以200匝带材组成的双饼为例,对比均质化Bulk模型和考虑超导层实际尺寸的参考模型,验证了该方法的可靠性。此外,还详细分析了不同传输电流上升率、幅值以及带材的n值和临界电流等参数对YBCO磁体交流损耗的影响。     

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。     

高温超导焊接堆叠缆的弯曲特性研究

由多根REBCO带材堆叠焊接而成的高温超导电缆是高载流电缆结构之一,有望在未来应用于高场磁体和超导装置。为了研究堆叠缆的弯曲特性,首先进行了不同半径下单根带材的弯曲测试,通过经验公式拟合得到了应变-电流关系曲线。超导层受压缩应变的弯曲性能优于受拉伸应变,且当应变大于临界应变时拟合良好。然后实验测量了不同弯曲半径下面对面和背靠背两种堆叠方式电缆的临界电流。计算了堆叠缆各超导层受到的应变,利用拟合方程分析了电缆的弯曲载流性能。结果表明,面对面堆叠缆的初始临界电流比背靠背堆叠缆更小,其临界弯曲半径也更小。缆弯曲载流的测试结果和计算结果吻合较好,利用应变-电流关系计算堆叠缆弯曲载流具有一定参考意义。     

YBCO在热冲击条件下的失超特性研究

在实际的超导电力装置运行过程中,超导带材可能由于电力系统中诸如系统短路故障等各种动态过程,承受短路大电流、不平衡电流的冲击,以及由此而产生的电磁、机械应力、热量的作用而失超,因此,研究热冲击对超导材料性能的影响对超导电力装置失超保护非常重要.本文以第二代高温超导(YBCO)带材为样品,模拟实际超导电力装置中带材的绝热环境,通过外加电源对超导带材进行热冲击,研究YBCO带材在不同情况的热冲击条件下的失超过程以及带材温度和超导性能的变化.试验结果表明:对于美国Superpower公司生产的YBCO工程带材,瞬时温度超导300K后,带材的临界电流下降,瞬时温度超过500K,带材可能出现烧断现象.     

临界电流磁矢量分析法在YBCO线圈上的验证

高温超导磁体临界电流磁矢量分析法准确地预测了BSCCO高温超导磁体的临界电流,为了进一步验证该方法预测YBCO高温超导磁体临界电流的准确性,文中作者用9.3m二代高温超导YBCO带材绕制了一个内径为70mm,外径为100mm,共35匝的单饼,测试了单饼5-15匝,15-25匝,25-35匝和5-35匝在77K下的临界电流,并用磁矢量分析法进行了仿真分析。通过对比发现,仿真分析和实验结果的误差在5%左右,最大误差是6.75%,最小误差是4.77%,验证了磁矢量分析法在预测YBCO高温超导磁体临界电流时的准确性。     

Electro-mechanical behavior of single twisted high-temperature superconducting tape under transverse Lorentz force

In recent years, several cabling methods of high temperature superconducting (HTS) cable have been proposed; e.g., the conductor on a round core cable (CORC), the Roebel assembled coated conductor cable, the helical twisted stacking-tape cable (TSTC) and the twisted-stack slotted core HTS cable (TSSC). These cabling methods allow the high temperature superconducting tapes widely used in the high-field magnets. The single superconducting tape performance under applied loads directly relates to the transport performance of the cable and the choice of the cabling method. In this paper, we investigate the effect of twisting morphology on the electro-mechanical properties of HTS tapes. Particular attention is given to the transverse Lorentz force of a pre-twisted HTS tape. The analytical solution of the deflection of the HTS tape under transverse Lorentz force is derived. Then, the current distribution and AC loss of the tape are calculated by using H-formulation. The effects of twist angle and loading conditions are examined for different HTS tape lengths. The results show that the stiffness resistance ability to Lorentz force of the HTS tape can be increased in several ranges by increasing the twist angle. The twisting structure can also reduce current degradation and AC loss, and thus enhance the transport capacity of HTS tape. This study helps understand the electro-mechanical properties of pre-twisted HTS tapes and provides theoretical reference for the design of novel HTS cable structures.     

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.     

二代高温超导带材耐高温性能研究

通过有限元软件对由20层高温超导带材所制成的超导叠带在覆铝时的温度分布进行模拟,模拟结果表明在覆铝过程中两侧带材均会经历420°C以上的高温.对几种高温超导带材在不同温度和持续时间下,对其ReBCO侧、哈氏合金侧和双侧分别加热进行高温实验,测试得出了各带材临界电流的退化情况.实验结果表明,高温对带材造成了性能退化,不同...     

液氮浸泡式高性能ReBCO超导带材失超传播特性研究

高性能高温超导带材在大型超导磁体装置上的应用已成为一种趋势,由于存在失超传播速度缓慢、失超检测信号微弱等不足,对失超保护设计提出很大挑战。本文基于液氮浸泡式双保护层的高性能ReBCO带材失超传播特性,采用一维热平衡方程建立失超传播速度的数学模型,通过增加失超源,检测热点温度与电压信号,探究液氮浴环境下的ReBCO带材在传输电流等不同参数下失超传播速度和最小失超能量的变化规律。结果显示:相同条件下,高温超导带材的失超传播速度与传输电流成正相关,最小失超能量与传输电流成负相关,且相比无保护层的普通高温超导带材,具有双保护层的高性能ReBCO临界电流和触发裕度均有提升。     

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.     

High critical current density YBa2Cu3O7−δ tapes prepared by the surface-oxidation epitaxy method

YBa₂Cu₃O_7−δ (YBCO) films with high critical current density (J_c) were successfully fabricated on nickel tapes buffered with epitaxial NiO. NiO was prepared on the textured nickel tape by the surface-oxidation epitaxy (SOE) method. We have reported so far a critical temperature (T_c) of 87 K and J_c=4–6×10⁴ A/cm² (77 K, 0 T) for the YBCO films on NiO/Ni tapes. To enhance the superconducting properties of the YBCO films on the SOE-grown NiO, depositions of thin oxide cap layers such as YSZ, CeO₂, and MgO on NiO were investigated. These oxide cap layers were epitaxially grown on NiO and provided the template for the epitaxial growth of YBCO films. Substantially improved data of T_c=88 K and J_c=3×10⁵ A/cm² (77 K, 0 T) and 1×10⁴ A/cm² (77 K, Hc, 4 T) were obtained for YBCO film on NiO, by using a MgO cap layer with a thickness of 50 nm. The method described in this paper is a simple way to produce long YBCO tape conductors with high-J_c values.     

Reel-to-reel fabrication of meter-long YBCO coated conductor

YBa₂Cu₃O_7?δ (YBCO) superconductors were coated on the CeO₂/YSZ/Y₂O₃ buffered Ni-5at%W tapes by a reel-to-reel pulsed laser deposition (PLD). The process of a multi-layer deposition of YBCO film was explored. X-ray diffraction texture measurements showed good both in-plane and out of plane crystalline orientations in YBCO films. The average values calculated at a full width at half maximum (FWHM) of the peaks from phi-scans (φ) and omega (ω) scans for one meter-long YBCO tape were 7.49° and 4.71°, respectively. The critical current (I_c) was over 200 A/cm-width at 77 K and under self-field for meter-long YBCO tape. The critical transition temperature of the YBCO tape was typically as 90.1 K with 0.5 K transition widths.     

国产MOCVD-YBCO带材高温超导线圈研制与磁场温度特性研究

超导磁体的场强与超导材料的载流能力、磁体口径和低温环境有密切关系.为了在中高温区域实现高磁场强度的超导磁体,采用国产第二代高温超导带材,成功绕制出内直径为100 mm的高温超导线圈.该超导线圈在77,65,55和46 K不同温区下进行了性能测试,其最大运行电流分别为65,147,257和338 A,对应的中心磁场强度分别为0.78,1.77,3.1和4.08 T.所研制的超导线圈的中平面上磁场基本一致.     

YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。     

背景磁场下Y系超导带材临界电流的测量

高温超导电力装置一般工作于低磁场情况下,测量超导带材在低场下的临界电流特性非常重要.文中通过自行设计的实验平台,采用四引线法对Y系超导带材低场下的临界电流特性进行了测量,得到了带材临界电流随外加磁场变化的曲线,并与Bi系带材低场下的临界电流特性进行比较.