冷氦气闭式循环冷却的高温超导电机转子降温分析

高温超导电机转子一种常见的冷却方式为G-M制冷机提供冷量,氦气为冷媒,氦气泵提供循环动力,其转子降温过程是一个多参数耦合的复杂过程,针对该种冷却方式,阐述了一种基于集总参数法的转子降温分析简易方法,进行了降温计算,并与试验值进行了比较,分析了降温过程中转子与冷头的温度变化特点。     

电枢超导型高温超导电机原理样机的温度场数值模拟研究

本文对一种电枢绕组部分采用高温超导线圈,转子励磁部分采用永磁体的新型高温超导原理样机进行了整体温度场的数值模拟计算,主要包括稳态冷却过程、瞬态冷却过程及零件配合面径向变形量计算三个方面的内容.通过对边界条件及传热条件的简化,建立了电机的近似平面轴对称传热模型,得出了高温超导线圈处冷却至工作温度(77K左右)所需的时间.另外还计算出零件配合面上的径向变形量,可据此制订低温尺寸公差,为零件的机械加工提供了指导.     

高温超导磁体低温氦气冷却系统设计及性能试验

高临界温度的超导材料的出现,使得使用高于液氦温度的低温氦气来冷却高温超导磁体的冷却系统有着广泛的应用前景。设计了一种高温超导磁体低温氦气循环冷却系统,并进行了相关性能试验。结果表明,系统使用温度范围广,可对多种不同临界温度的高温超导磁体进行冷却;系统控温精度较高,为高温超导磁体在特定温度下的性能研究提供了条件;指出了影响系统性能的关键问题。     

冷冻靶制备用低温氦气循环系统

常温高压渗透充气、低温冷却的冷冻靶球,需要20K以下的低温循环氦气,用于冷却高压渗透室和低温恒温腔。本套系统采用GM制冷机为冷源,采用专用氦压缩机为循环泵,设计高效率的回热式换热器,实现末端的20K以下低温氦气,通过低温氦气冷却终端部件,实现了20K的低温恒温环境和渗透室的冷却。     

超导调相机中信号监测系统的设计

高温超导调相机具有高速旋转、信号种类及数量多的特点,因此需要开发一套高效可靠的小信号采集系统。通过将数据采集卡,数字隔离器,电源进行综合集成的模式,结合行动热点无线传输,达到对超导同步调相机的工作状态进行实时监测,获取所需的科学研究数据,并且对超导同步调相机进行保护的目的。利用该套多通路信号监测系统在静止以及6、12和120 r/min转速下对铂电阻探头和霍尔探头进行了测量,实验发现在77 K下铂电阻探头温度噪声小于0.2 K,霍尔探头磁场噪声小于0.2 mT,通道间干扰信号小于1/1000实际信号值,旋转条件下数据稳定,表明这种结构的信号采集系统能够为300 kvar超导同步调相机实验提供有效数据。     

高温超导电机研究进展

高温超导电机具有效率高,体积小和重量轻等优点,是高温超导材料最重要的应用方向之一.本文将对高温超导电机的特点,超导电机的发展历史,高温超导电机的主要类型及其发展现状进行系统介绍.其中,同步电机的转子工作在直流状态,可以极大的减小交流损耗,是高温超导电机研究的重点,同极直流电机、磁阻电机、爪极直流电机和感应同步电机等新类型高温超导电机也在不断发展.二代高温超导材料近年来取得了快速发展,采用二代高温超导材料有望大幅度降低超导电机的材料成本和制冷成本.     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机.单独测试第一级最低达到了13.8K,是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录;在40K温度下具有55.9W制冷量,可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用.使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管,二级最低温度达到了2.6K,在4.2K下有590mW制冷量,同时一级在36.7K有15W的制冷量,满足小型低温超导磁体冷却的要求.     

应用于高速轮轨交通的高温超导同步直线电机研究

为实现高速铁路列车突破600km/h的速度极限,本文提出了一种与现有轮轨交通兼容的高温超导同步直线电机方案,并通过有限元方法建立了高温超导同步直线电机的仿真模型.设计并制作了小型实验样机,其定子由三相铜绕组与硅钢材质的铁轭构成,使用二代高温超导材料YBCO带材绕制车载磁体.通过实验方法验证了模型的有效性,并用该模型研究了高温超导线圈回路电流、线圈匝数和气隙对电机推进力和法向力等电磁力特性的影响规律.本文的研究结果为高温超导同步直线电机在轮轨交通领域中的应用提供了可行性依据.     

AMS-02超导磁体300K-80K受控冷却系统的工艺流程设计

300K-80K受控冷却系统是AMS-02探测器的低温地面支持设备(CGSE)系统中的重要子系统,其主要作用是实现AMS-02磁体从常温(约300K)到接近液氮温度(约80K)的冷却。对该系统进行了工艺流程设计,在恒温器内设置多个调节阀和温度、压力、流量检测元件,通过自动调节手段控制经该系统冷却后前往磁体的氦气的温度和流量。同时介绍了该系统的组成及低温恒温器、HX1、HX2和HX3的结构和特点。     

用于量子电阻测量超导磁体及低温系统的研制

介绍一种用于量子电阻测量的超导磁体及低温系统设计和研制.采用一台G-M制冷机为冷源,一部分冷量采用传导冷却的方式冷却超导磁体,另一部分冷量用于预冷氦气,然后通过毛细管节流降温达到超低温,最终实现8T强磁场和1.5K极低温的应用环境.     

EAST 装置新超导馈线系统冷却回路设计

EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。     

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EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。     

Reluctance machines incorporating high temperature superconducting materials on the rotor

The computer modelling of reluctance machines with rotors containing both iron and high temperature superconducting (HTS) materials, using the finite element method (FEM), is presented in this paper. The modelling permits to obtain the field and stator current distribution from where reluctance torque is evaluated. Different solutions are analyzed and experimental results on a 2 kW reluctance motor using HTS materials on the rotor and cooled by liquid nitrogen, show a significant increase in the torque values, when compared with that of a correspondent conventional machine. Pre-magnetization of these rotors by field cooling is explained and this process gives a mechanical output power undoubtedly better than that of a conventional reluctance machine.     

7T大口径NbTi超导磁体降温通电实验

介绍了用于超导导体测试用超导磁体降温通电实验,降温采用500W@4.5K制冷机系统。300—10K直接采用冷He气循环冷却超导磁体,温度低于10K直接输入LHe。该磁体在4.2K温度下可通1000A的电流,其中心磁场为7T,储能为3M J。     

35-110kV高温超导电缆终端低温恒温器热负荷分析

高温超导电缆终端是运行在低温的超导电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件,为了获得有效的超导电缆运行的低温环境,设计了一套电缆与终端可拆卸的恒温器,系统采用过冷液氮循环,液氮既是冷却介质,又是高电压绝缘介质。通过传热理论对恒温器的热负荷进行了计算,得到了用于35-110kV电压等级、额定电流交流2 000A的高温超导电缆低温恒温器主要漏热,尤其对终端交流电流引线进行了优化计算。计算结果表明,在现有设计结构下,恒温器的漏热量小于300W;从热负荷分布分析,电流引线漏热为主要漏热,支撑及传输管线的传导漏热占系统总漏热的22%左右。计算结果为该高温超导电缆终端低温系统的设计和进一步优化提供了依据。     

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.     

高温超导磁悬浮飞轮储能系统样机

在日益严峻的能源问题背景下,为展示无源高温超导磁悬浮技术在能量储存领域的应用前景,我们设计制作了一台全高温超导磁悬浮形式的飞轮储能样机.样机主要由高温超导磁悬浮轴承、飞轮转子、永磁电机和电路控制及负载部分组成.上下两个轴向型高温超导磁悬浮轴承用于悬浮和稳定飞轮转轴,直径200mm重量1.4kg的飞轮转子作为储能载体,最高可实现13000r/min的转速.在演示运行中,采用灯泡作为负载,该样机完成了从电能→机械能→电能的相互转换.     

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.