无绝缘高温超导线圈焊锡浸渍的可行性研究

无绝缘线圈在各种场合中被广泛地应用和研究。为让超导线圈能够应用于高机械强度负载的场合,超导线圈必须有稳定的机械特性。环氧树脂浸渍是保护超导线圈不受机械扰动的一种常用的增强机械稳定性的方法,但传统的环氧树脂是电绝缘的材料,这可能导致无绝缘线圈的匝间电阻(turn-to-turn contact resistance)变大。因此本文提出了一种新型的浸渍方法,利用导电材料焊锡来浸渍,研究了无绝缘(No-insulation)高温超导线圈焊锡浸渍的可行性。本实验制备了两个线圈来进行对比研究,一个是未浸渍的无绝缘线圈,另一个是用焊锡浸渍后的无绝缘线圈。充放电实验和突然放电实验都在77K的液氮下完成;最后基于集中等效电路,分析了焊锡浸渍对无绝缘线圈的特性电阻及时间延时的影响。     

金属匝间高温超导无绝缘线圈充电特性研究

为了减少高温超导无绝缘线圈的充电延迟,采用金属材料作为线圈的匝间添加层。同时,利用有限元仿真软件COMSOL分别建立了普通无绝缘线圈和金属匝间无绝缘线圈的二维轴对称模型,对充电过程进行了仿真研究。仿真结果对比分析表明,具有金属匝间层的无绝缘线圈的充电延迟现象得到了明显改善,延迟时间由15 s缩短到了2 s。金属匝间层的引入,提高了无绝缘线圈的匝间接触电阻率,减少了充电时间的延迟,在需要快速响应的情形中,具有金属匝间层的无绝缘线圈或许会表现出更好的性能。     

无绝缘高温超导线圈横向电阻率提高的方法研究

与传统高温超导绝缘线圈相比,无绝缘线圈在绕制过程中使用不锈钢带与超导带并绕,不锈钢带提高了线圈的机械强度并对线圈有保护作用,这样绕制的无绝缘线圈具有稳定性高、失超自我保护能力强、失超恢复快等优点。然而,由于其线圈匝间横向电阻率过低,在励磁过程中无绝缘线圈会出现不稳定、不均匀磁场。为此,提出一种无绝缘线圈中不锈钢带横向电阻率提高的方法,来增强线圈的稳定性和降低屏蔽电流。为提高横向电阻率,对不锈钢带进行热处理和化学处理。通过实验验证,结果表明:该处理工艺能有效提高无绝缘线圈的横向电阻率,对增强无绝缘高温超导线圈的稳定性具有重要实用价值。     

基于有限元的REBCO无绝缘线圈三维全模型及瞬态特性仿真

无绝缘(NI)线圈因具有高电流密度、高热稳定性和高失超恢复能力,是一种极具应用前景的高温超导线圈绕制技术.在本文中,我们通过在AC/DC模块中耦合了电路模块和热模块,建立了一个完整的三维(3D)有限元模型(FEM).新耦合的电路模块能够对NI线圈整体进行励磁,从而保证其环向和径向保真度.通过该模型,我们分析了NI线圈的以下两个关键问题:充放电过程中,环向和径向电磁传输行为;过载流情况下不同接触电阻大小以及不同金属绝缘材料对线圈热稳定性的影响.我们比较了有限元仿真结果与分析电路模型的结果,两者达成了很好的一致性.我们所构建的3D模型可以进一步应用于观察NI线圈内部的电场和磁场分布,同时更为准确地描述超导材料的非线性特性,从而为NI线圈的设计和保护提供更为合理的物理参数.     

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。     

高温超导线圈制备的绝缘技术研究

建立了电热耦合模型,根据热力学原理,以最大温度梯度为目标,对双饼线圈进行了三维有限元分析,为超导磁体的制备选择了一种性能良好的绝缘材料.为了探究仿真选型的绝缘材料对高温超导储能磁体电磁性能的影响,绕制了A、B两个双饼线圈进行了浸渍工艺实验研究,对线圈A、B分别采用了直接浸泡式和真空压力式浸渍进行绝缘处理,与浸渍固化前相...     

高温超导线圈交流损耗测试研究

超导线圈交流损耗的测量,能为研究超导线圈交流损耗提供重要方法,并对应用中超导线圈的优化提供重要依据。通过测量电流电压得到功率、再对时间积分的方法,来计算交流损耗,实验中可采用电容补偿降低电源功率负荷,电感补偿降低采集信号噪音,调整采样周期进一步提高采集效率和信噪比等方法来进行。将超导单带在88 Hz及小线圈在90 Hz的实验结果,与理论公式、经典锁相放大器测试结果对比,实验结果中交流损耗从小电流到大电流的差别为17%～1%,证明用该方法测量超导线圈交流损耗,准确、合理。     

Analytical and empirical studies on the characteristic resistances of no-insulation GdBCO racetrack pancake coil under various operating currents

This paper presents the effects of the Lorentz force on the electrical behaviors of the no-insulation (NI) GdBCO racetrack pancake (RP) coil without turn-to-turn insulation by performing charging/discharging and sudden-discharging tests. The simulation results of the 2-dimensional finite element method showed that the Lorentz forces were generated towards the center of the winding pack consisting of 60-turn GdBCO CCs, which could enhanced the turn-to-turn contact within the RP coil. The charging/discharging test results indicated that the characteristic resistance (R_c) of the NI RP coil decreased with increasing operating current, which was caused by an increase of the Lorentz force. Further, the results of the sudden-discharging tests exhibited that the Lorentz force was dissipated instantly during the sudden-discharge of the coil, since the operating current immediately decreased to zero. Overall, this study clearly demonstrated that the Lorentz force induced by the operating current exerts the electrical behaviors of an NI RP coil.     

多超导线圈并联下的电流分布研究

与多超导线圈串联相比,多超导线圈并联通流的电流分布特性比较复杂。本文提出一种基于H方程和均质化方法的有限元模型,研究了4 YBCO单饼线圈并联下的电流分布,并与场路耦合模型对比。仿真结果表明,多超导线圈并联下的电流分布与各线圈的接头电阻、等效电感和等效超导电阻有关。线圈失超之前,各线圈的等效超导电阻几乎可以忽略,电流分布主要受线圈的接头电阻和等效电感控制;线圈开始失超后,电流分布主要受等效超导电阻影响,电流会重新分配,最终各线圈稳流值与各线圈的临界电流有关。     

伪火花放电开关电压跌落过程实验研究

 设计了典型参数下的伪火花放电开关，进行了空气介质下的电压特性实验，给出了伪火花开关放电电压与气压变化的关系曲线；测量了产生伪火花放电的气压范围（1~29Pa）和单间隙伪火花放电开关耐受电压的最大值(40kV)，测得了伪火花放电与辉光放电的转折点气压(29Pa)，并对实验结果进行了理论分析。研究了伪火花放电开关电压跌落时间与放电电压的关系，首次将开关电压跌落过程分为暂态阶段和稳态阶段，讨论了放电电路参数，气体压力，开关结构和放电电压对电压跌落时间的影响。实验表明，在气压和开关结构不变的条件下，暂态过程时间由放电电压决定，电压越高，则所需时间就越短；稳态过程时间由放电电路参数决定，不受放电电压影响。     

电压补偿型超导限流器在三相电网中的故障限流特性

基于电压补偿型超导故障限流器(SFCL)的单相电路结构和工作原理,提出了一种关于电压补偿型超导故障限流器的三相电路结构,并对其在三相电力系统发生不同故障时的运行特性进行了分析。利用Matlab/simulink建立仿真模型,仿真结果表明该电压补偿型SFCL的三相拓扑结构具有一定的可行性,对系统中发生不同短路故障时的短路电流都具有良好的限制作用。     

球形线圈磁场均匀性的研究

研究非密绕球形线圈内部的磁场均匀性质.从圆形电流线圈轴线上的磁场出发,利用叠加原理和Mathematica软件的计算和符号推导功能,得到一个关于线圈内部磁场均匀性与其匝数的定量关系式,在此基础上通过实例说明设计球形线圈磁场均匀区的方法.     

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针对EAST快控电源大电流快速响应的要求,EAST第二代等离子体垂直位移主动反馈电源在保留第一代主动反馈电源电流控制模式的同时,也可实施电压控制模式,实现电流上升率的最大化.为解决其带来的高电压输出时频繁过流保护而导致能量倒灌引发直流侧过压保护的现象,采用限流保护进行改进.经实验验证,电压模式可大幅提升电源对于等离子体垂直不稳定位移的抑制能力.     

新EAST快控电源电压模式的探索

针对EAST快控电源大电流快速响应的要求,EAST第二代等离子体垂直位移主动反馈电源在保留第一代主动反馈电源电流控制模式的同时,也可实施电压控制模式,实现电流上升率的最大化。为解决其带来的高电压输出时频繁过流保护而导致能量倒灌引发直流侧过压保护的现象,采用限流保护进行改进。经实验验证,电压模式可大幅提升电源对于等离子体垂直不稳定位移的抑制能力。