高温超导SMES磁体能量损耗的分析

通过实验和仿真对35kJ/7kW传导冷却高温超导SMES磁体稳态运行和动态功率交换时的能量损耗进行了分析,讨论了功率交换时磁体各个主要部件能量损耗分布的特点,最后根据分析结论指出了现阶段降低传导冷却高温超导SMES储能磁体损耗的优化设计方向。     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证．本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响，用Bi2223超导带材绕制了（一个由20个双饼组成的高温超导磁体，用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗．并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析．在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量，测量结果与数值仿真结果相当吻合．利用高温超导体临界电流此非线性模型，本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟．     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证.本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响,用Bi2223超导带材绕制了(一个由20个双饼组成的高温超导磁体,用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗.并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析.在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量,测量结果与数值仿真结果相当吻合.利用高温超导体临界电流此非线性模型,本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟.     

基于第二代高温超导带材的磁体研究进展与挑战

随着第二代高温超导(2G-HTS)带材技术的进步和性价比的提高,世界各地的科研机构纷纷展开了基于REBa₂Cu₃O_7−δ(RE123)带材的磁体研制。RE123带材具有极高的载流能力和在场性能,能产生低温超导(LTS)磁体不能达到的强磁场(>24 T)。然而,RE123磁体依然面临着诸多挑战,如磁体的工艺技术、带材的机械性能及性价比等都还需要进一步的提升与优化。文章首先介绍了用于磁体绕制2G-HTS带材,包括其成材工艺、在场性能及应力应变影响等;其次讨论了超导磁体研制的重要技术问题,包括RE123线圈技术、磁体失超保护、屏蔽电流效应及交流损耗等;最后对国内外2G-HTS磁体的研究进展进行了总结,包括磁体的设计方案、技术特点和运行情况等。     

大型高温超导磁体稳定措施的研究

本通过估算高温超导磁体的抗干扰稳定能力及磁体中可能出现的干扰的大小，讨论了对于大型高温超导磁体采用动态稳定判据的可靠行性，从而提出了动态稳定化大型高温超导磁体的概念，结果表明，动态稳定化高温超导磁体的抗干扰稳定能力大于磁体可能出现的干扰的大小，且同全稳定的大型低温超导磁体的抗干扰的能力水平相当，在银超比较小的情况下就能使设计的允许最大临界电流密度大于超导体实际的临界电流密度，因此采用动态稳定阉据     

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。     

用于高温超导磁体的固氮系统设计与实验

相比于其他制冷剂,固氮具有热容大的特点,利用这一特点冷却高温超导磁体,可以实现超导磁体系统较高的热稳定性。将高温超导浸泡在液氮内,采用单台10K双级G-M制冷机将液氮变成固氮,可获得最低8K的固氮系统。对固氮冷却的超导磁体进行10~60K的宽温区控温实验,可获得±0.05K的高稳定性控温精度,从而进行不同温度下超导磁体的临界电流、临界磁场以及稳定性研究。     

35kJ高温超导储能磁体的优化设计

介绍了35kJ高温超导储能磁体的设计步骤。为了减少常规寻优方法的计算量,将加权粒子群优化算法(WPSO)引入到高温超导储能磁体的优化设计中,给出了用B i-2223超导线材进行35kJ储能磁体设计的优化结果,分析了高温超导线材的各向异性对磁体临界电流的影响,并比较了两种不同的单螺线管磁体结构在不同优化目标的情况下,超导线材用量和杂散磁场的分布的变化。     

高温超导SMES磁体的失超检测研究

失超保护是保证磁体安全运行的重要措施,而失超检测是失超保护正常动作的前提。由于SMES磁体运行工况的特殊性,现有失超检测方法在失超信号提取上遇到电磁噪声干扰严重的问题。文中针对高温超导SMES的运行工况,对电桥检测法进行了改进,通过对电桥信号的滤波设计解决电磁噪声干扰,设计了一套适用于高温超导SMES磁体在交变电流情况下的失超检测系统,同时进行了高温超导磁体的失超检测实验。实验结果表明,此系统能快速、准确地检测失超信号,并输出保护动作信号。     

YBCO高温超导体交流损耗与温升特性的数值仿真研究

高温超导磁体运行过程中,磁体的热稳定性是磁体能否安全运行和实用化的重要指标。在磁体热稳定性的相关研究中,超导磁体在运行过程中的交流损耗和热传导特性是两个值得研究的问题。因此,文中运用商业有限元软件Comsol构造了YBCO高温超导体的数值仿真模型,通过Comsol中的AC/DC模块和热传导模块的相互耦合,在给予不同频率和不同幅值的交变外磁场激励下,对YBCO高温超导体在运行过程中的温升特性进行实时监测和分析,并计算出其交流损耗。为避免超导体失超,保证其安全稳定运行提供一定的指导。     

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.     

电磁优化对提高Bi2223/Ag超导磁体性能的研究

在Bi2223/Ag超导磁体里,磁场的径向分量是限制其超导带临界电流和性能的主要因素之一.我们用有限元方法分析了螺线管超导磁体场强的分布,发现磁体两端磁场的径向分量最大,通过在其两端增加铁磁性导磁结构,优化其磁场分布,降低磁体端部径向磁场强度,提高了磁体的临界电流,增强了超导磁体承受过电流脉冲冲击的能力,并有效地加速了磁体在过电流冲击后的恢复速度.     

传导冷却高温超导磁体的电磁分析

本文对高温超导双饼线圈的绕制、测试和结果进行了讨论和分析，在此基础之上对传导冷却高温超导磁体进行了电磁分析，通过对6到21个双饼线圈组成的磁体的各种参数进行计算，得到了一系列变化曲线，从中可以看到各个参数的变化趋势，以便有效设计高温超导磁体。     

HTS块材与磁场间相互作用估算方法研究

HTS块材电磁机构日趋复杂,为了实现系统结构和电磁设计的优化需要建立一种简单可靠的方法来估算系统内部的相互作用.描述HTS磁学特性通常采用热激活磁通跳跃、磁通流动等系列模型,用其描述相互作用各有优缺点.为此,我们实验测试了HTS块材与永磁间相互作用随空间相对位置变化,并基于HTS完全抗磁性和临界态模型构造的B(H)曲线进行模拟仿真,通过与实验结果的比较,力求寻找一种方便可行、较为准确及可靠的HTS块材与磁场间相互作用估算方法.     

遗传-蚁群混合算法在高温超导匀场磁体优化设计中的应用

遗传算法具有很强的自适应性、鲁棒性和全局搜索能力,但其局部搜索能力相对较弱,计算后期易出现进化缓慢、过早收敛等问题,蚁群算法是近几年迅速发展起来的一种新的全局优化算法,具有正反馈机制,但是计算初期由于信息素差别小,初始收敛速度较慢.本文将这两种优化方法结合起来,充分发挥各自的优势,形成了遗传-蚁群混合算法,并选用测试函数对算法的优化性能作了对比计算,最后以高温超导匀场磁体为实际应用目标,以绕制磁体所用超导带长度为目标函数对磁体结构进行优化设计,优化方案比原始方案节省7.32%的超导带材用量.     

HTS电流引线助推超导磁体应用开发

对磁体致冷是维持超导态必不可少的条件,由于深低温技术的复杂性和昂贵的造价曾制约了超导磁体应用的推广,其中电流引线是磁体系统最主要热负荷。经历高温超导(HTS)材料20多年的研发,人们认识到产生强磁场的超导磁体仍需运行在30K以下。热导率与不锈钢可比的HTS材料在80K以下可承载电流而无焦耳热,采用HTS电流引线可使超导磁体的致冷运行费和设备投资大幅度降低,操作简便。因此,它是超导磁体扩大应用的助推器。介绍其使用特点和应用举例。     

高温超导变压器中带材临界电流随磁场变化的研究

通过自行设计的小型磁体产生稳态磁场,测量了高温超导带材在不同磁场下的临界电流,得到带材临界电流随外加磁场变化的曲线．并提出了高温超导变压器漏磁场优化设计的目标．     

高温超导滤波器的低温调谐技术

本文给出了高温超导滤波器的一种低温机械调谐方法,通过调谐滤波器的电场来达到优化性能的目的.此方法可以很好的改善滤波器的性能和提高产品的合格率,使基片厚度的不均匀性以及介电常数的误差对高温超导滤波器性能的影响降到最低,从而最大程度地使测试结果和计算机仿真结果相一致.文中以一个4节的高温超导微带滤波器为例,叙述了该方法的实现过程.其带宽为15MHz,中心频率为2.868GHz,带内插损为-0.04dB,反射损耗为-21dB.文中给出了带外抑制,带内特性等的调谐结果.制备完成的超导滤波器在调谐前的性能较设计结果有较大的偏差.主要表现在带内插入损耗、反射损耗特性和带外抑制的偏差.通过调谐,带内特性和带外抑制有明显的改善.带内插入损耗由调谐前的-0.44dB改善到-0.21dB;反射损耗由调谐前低端带边的-8.2dB改善到-14.27dB,但在高频端没有改善;带外抑制由实测的-28dB最大可以改善为-47dB.理论预测该调谐方法会使通带中心频率向低频端移动,我们也观察到了该现象,中心频率向低频端最大偏移了大约3.1MHz.综合各项参数,调谐后,整体性能更接近设计结果.