一种新型高温超导方形线的制备及基础特性研究

为了减小外界磁场对超导带材性能的影响,一些新型结构例如堆叠、换位、扭绞等高温超导线被广泛研究,在此基础上,提出一种制备新型高温超导方形线的工艺且制备了若干新型超导方形线样品。首先,将宽度为4mm的高温超导带材分切为1mm宽的超导窄带,同时将数根超导窄带堆叠、焊接成一根超导方形线。为了验证工艺的可行性,制备了若干高温超导方形线样品并对其基本特性进行了研究。结果表明,两组样品的临界电流分别为170A与255A,且临界电流曲线呈现出良好的超导特性。从椭圆和薄带方程的理论模型分析,其自场损耗的测试结果与理论结果基本一致。另外,同时对超导方形线的弯曲直径和轴向张力进行了测试,表明,样品的最小弯曲直径与最大轴向张力分别为60mm和350N。高温超导方形线的这些特性基本可以满足在高温超导电力设备的应用中。     

一种新型高温超导方形线的制备及基础特性研究北大核心

为了减小外界磁场对超导带材性能的影响,一些新型结构例如堆叠、换位、扭绞等高温超导线被广泛研究,在此基础上,提出一种制备新型高温超导方形线的工艺且制备了若干新型超导方形线样品。首先,将宽度为4mm的高温超导带材分切为1mm宽的超导窄带,同时将数根超导窄带堆叠、焊接成一根超导方形线。为了验证工艺的可行性,制备了若干高温超导方形线样品并对其基本特性进行了研究。结果表明,两组样品的临界电流分别为170A与255A,且临界电流曲线呈现出良好的超导特性。从椭圆和薄带方程的理论模型分析,其自场损耗的测试结果与理论结果基本一致。另外,同时对超导方形线的弯曲直径和轴向张力进行了测试,表明,样品的最小弯曲直径与最大轴向张力分别为60mm和350N。高温超导方形线的这些特性基本可以满足在高温超导电力设备的应用中。     

高温超导线饼电感的数值计算方法研究

随着高温超导材料技术的进步,高温超导磁体的研究也成为研究的重点对象。鉴于其零电阻、高电流密度等相对于常规导体磁体所不具备的优点,高温超导磁体在电力工业中储能系统、电机、变压器、限流器等电气装置中也有重要的应用意义。饼绕超导磁体的核心即超导线圈绕制而成的线饼,而超导磁储能系统的动态过程则是围绕着磁体的电感充电与放电开展,因此对高温超导磁体内部线饼的电感及互感耦合的分析显得极为重要。文中在单个线饼的基础上,首先介绍了高温超导线饼的结构,提出计算线饼自感及互感参数的若干数值算法及有限元仿真方法,并结合实际测量数值,对高温超导线饼自感及互感参数进行了对比分析;接着对低温相比常温下线饼电感数值下降的情况进行了简单的原因分析。     

高温超导故障限流器的仿真分析及等效电路研究

设计完成饱和铁心型高温超导故障限流器的实物模型,用有限元软件仿真,得到线圈运行的电感值,为变压器建立了饱和铁心型高温超导故障限流器的T型等效电路,并提供了重要的参数设置依据。用电路仿真软件运行等效电路图,将其限流效果和有限元软件中的限流效果做对比,最终验证等效电路是正确的。     

高温超导电缆屏蔽层中电流分布的仿真模型研究

高温超导电缆运行过程中,因其传输电流密度高,会对外部环境产生较大的电磁污染,需要对超导电缆进行电磁屏蔽。根据三相统包高温超导电缆结构,搭建了一种电路仿真模型,基于有限元仿真分析,对电路模型中的等效分布电容、等效电感、等效电阻进行了计算。分析了在三相对称、单相断路情况下电缆的运行情况,基于仿真模型,可对三相统包电缆屏蔽层屏蔽效果进行仿真测试分析,并对屏蔽层在不同工况下的通流情况进行指导设计。     

缺陷条件下高温超导直流线圈稳定性研究

在高温超导带材生产及线圈制作的过程中,会不可避免的存在缺陷。缺陷区域的带材性能退化,表现为临界电流Ic与n值下降;极端情况下超导结构被完全破坏,呈现出非超导的阻性区。线圈工作时在阻性区会出现焦耳热,若热量不能有效地传出,温度会持续上升直到带材烧毁出现失超事故。在假设线圈退化情况的条件下,利用有限元仿真的方法,对不同热环境下带材退化对线圈温度的影响进行了研究,得出了不同热环境与区域退化下线圈的最大稳定工作电流。     

高温超导同步直线电机的数值仿真分析

利用Comsol Multiphysics多物理场耦合软件对单极高温超导直线电机进行有限元电磁仿真分析,首先详细介绍高温超导直线电机的二维仿真模型和计算流程,并通过计算结果和实验结果作对比的方法对该模型进行了有效性验证;利用仿真模型详细分析高温超导线圈几何参数对力学性能的影响:高温超导线圈匝数、高度对直线电机力学性能的影响;随着线圈匝数的增加,虽然最大推进力随匝数的增加而单调增加,但对应的作用力增量却随匝数的增加而逐渐减小.另外随着超导线圈高度的增加,当推进力达到一定饱和值后,继续增大线圈高度只能导致法向力的增大,却并不能带来推进力的进一步提高.最后重点讨论在高温超导带材线圈中引入铁磁材料后,铁芯和背部铁轭几何参数对直线电机作用力的影响.所得结论对高温超导直线电机的电磁结构设计具有指导意义.     

110 kV高温超导电缆屏蔽层交流损耗特性研究

基于H方程求解了110 kV/3 kA高温超导电缆在不同工况下运行时的磁场分布和交流损耗,在此基础上分析屏蔽层感应电流的变化情况,并探究导电层和屏蔽层采用组合超导带材的可行性。结果表明,随着传输电流的增大,屏蔽层感应电流发生了畸变,电缆总体的交流损耗显著增加。当导电层采用77 K下临界电流为210 A的超导带材时,电缆可显著降低大约48%的交流损耗。     

基于H型谐振器的L波段宽带高温超导滤波器设计

宽带的高节数高温超导滤波器一直是滤波器设计和制作的难点.主要原因是强耦合的设计要求使得谐振器间距过小,制作精度难以达到.本文使用H型强耦合谐振器设计和制作了中心频率1335 MHz、相对带宽28%的14节高陡峭度超导滤波器.H型谐振器具有耦合系数高和结构紧凑、对称的性质.高的耦合系数使得H型谐振器适合用于宽带滤波器的设计;紧凑、对称的结构使得高节数的高性能宽带滤波器的实现成为可能.高温超导滤波器在无调谐情况下测试结果为S21<0.33 dB,S11<-11.3 dB,带外抑制超过70dB,矩形系数达到1.3,测试结果与设计结果符合得很好.     

基于H型谐振器的Ku波段高温超导滤波器设计

高温超导滤波器已在移动通信、射电天文、雷达探测等多个领域获得了重要应用.当前高温超导滤波器的研究和应用主要集中于10GHz以下的频段,针对超高频段(>10GHz)高温超导滤波器的研究很少.本文设计优化了具有无载Q值高、耦合强、尺寸短等特点的H型阶跃阻抗谐振器,并讨论了超高频段滤波器端口激发源的电容效应对滤波器响应的影响,最后采用优化的H型谐振器,应用去嵌入(De-Embed)设计方法消除端口效应,设计了中心频率为16GHz,相对带宽12.5%的6节高温超导滤波器.研制的超导滤波器在未经调谐的情况下,测试结果与仿真结果符合得很好,插入损耗小于0.3dB,反射损耗优于-14dB,带外抑制达到了-70dB.     

高温超导俘获场磁体脉冲充磁仿真模型研究

在对俘获场磁体的脉冲充磁过程进行三维仿真时,现有的数值模拟方法有待具体分析比较,同时由于计算时间长和收敛困难,难以实现对大规模带材堆叠的模拟。针对以上问题,系统分析了H模型、H均一化模型和T-A模型的三维脉冲充磁仿真,对比了它们在77 K时不同堆叠层数下的俘获场、磁化损耗和计算时间,并基于以上模型提出了分组合并的简化模型。结果表明H均一化模型和T-A模型的计算误差随层数的增加而减小,验证了分组合并模型的有效性,并成功对上百层的堆叠进行了仿真。因此,分组合并模型解决了三维大规模堆叠有限元仿真困难的问题。     

基于不同结构新型方形超导线材的交流损耗仿真研究

高温超导体的交流损耗直接影响超导设备的价格及其商用化.对于高温超导体,降低其交流损耗有助于优化电力传输性能并降低运行成本.对于不同堆叠结构的YBCO超导方形线材,本文使用有限元分析软件Comsol Multiphysics基于H方程计算了不同种类方形线材的交流损耗.通过数据汇总计算与结果分析,验证了仿真计算的有效性、准确性与合理性.     

准各向同性高温超导股线交流损耗的实验研究

高温超导体的交流损耗直接影响超导电力装置的运行成本和稳定性,是判断超导电力设备设计是否合理的重要特性之一.在阐述准各向同性高温超导股线结构特点的基础上,首先对准各向同性高温超导股线的交流损耗和磁滞损耗进行仿真研究,利用有限元软件Comsol Multiphysics分析了交流背景磁场下的损耗,然后在对光纤布拉格光栅(optical fiber Bragg grating,简称FBG)波长与损耗关系标定的基础上,使用光纤布拉格光栅测量交流背景磁场下的交流损耗.理论计算与实验结果相吻合,表明在工频和液氮温度下股线的交流损耗以磁滞损耗为主.     

高温超导块材磁通汇聚效应的数值模拟研究

高温超导块材在零场冷条件下感应产生的涡流可以有效地屏蔽外加磁场,从而改变空间磁场分布.通过合理的设计,该效应可以被用来约束、聚集磁通,从而增大局域磁通密度,对于需要高磁通密度和磁场梯度的应用具有重要意义.本论文利用基于H方程的二维有限元数值模拟,结合GdBa₂Cu₃O_7-δ材料实测的Jc(B,T)关系,研究了GdBa₂Cu₃O_7-δ超导块材的磁通汇聚效果,分析了超导块材的空间位置、工作温度及不同外加磁场对其磁通密度放大效果的影响.结果显示在30 K的温度下,外加11 T的外加磁场时,可以在间距为2 mm的两块超导块体间隙获得17.2 T的磁场,磁场放大效率达到56%.     

不同排列下高温超导带材交流损耗的仿真计算

交流损耗的数值计算对于高温超导带材具有重要的现实意义。应用有限元软件模拟仿真超导体部分计算求出不同排列下的交流损耗,与实验结果以及Norris公式的计算结果相比较,得到的仿真结果符合较好。结果说明圆筒形的排列能够有效地减少交流损耗。     

5 kVA高温超导变压器双饼线圈不同有限元模型对比分析

本文基于5 kVA 高温超导变压器的高压绕组双饼线圈, 运用有限元软件, 完成了均质化建模. 相比于全模型, 采用均质化模型不仅不影响计算精度, 而且大大减少了计算时间, 同时能够快速有效地计算出双饼线圈的磁场分布、 电流密度分布以及线圈交流损耗. 为了验证双饼线圈有限元计算模型的正确性, 本文进行了 H 方程全模型、H 方程均质化模型、T-A 方程全模型及T-A 方程均质化模型下的对比仿真分析. 仿真结果的一致性表明了双饼线圈有限元计算模型的正确性. 本文为后续基于T-A 方程下高温超导变压器均质化模型的研究提供了参考.     

双根扭绞高温超导方形细线的交流损耗特性研究

在超导电力工程实际应用中,如何提高超导线材的载流能力和机械性能,有效降低交流损耗及磁场依赖性,都是相关研究领域的持续热点。通过优化高温超导方形细线的并联结构,制成双根扭绞超导线材就是其中的有益探索。采用电测法,在77 K和零外场条件下,对双根扭绞超导线材样品分别测试不同频率下的交流损耗,再分别测试固定频率时不同扭绞节距下的交流损耗,对实验结果进行对比分析,表明堆叠扭绞操作可以减少双根结构线缆通流时每根方形线所产生磁场对彼此之间的影响,减小线材交流损耗。课题研究验证了方形细线可以通过有效扭绞提升相关性能,为其后续工程应用提供了良好的数据支撑和实验基础。