基于COMSOL的超导带材交流损耗仿真分析

推导了求解交流损耗H方程法的数值计算公式,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件PDE模块建立单根超导带材仿真模型,并介绍模型参数、网格剖分和物理场设置等流程和细节,系统分析不同幅值交流传输电流下的磁场分布和交流损耗.仿真结果显示,磁场强度较大的位置在超导带材的两端,并向中间区域逐渐减小.随着通入交流...     

Bi2223/Ag超导带材的超低频交流损耗

鉴于银包套的铋系高温超导带材作为电工商品化材料的前景己十分看好，我们利用直流电输运的四引线（DCE）和交流磁化率（ACS）两种方法从实验和理论上研究了银包套的铋系高温超导带材Bi2223/Ag的超低频和低频交流损耗（Q）及数值模拟，测量频率范围从0.001到200Hz。在超低频和低频范围内，也就是低的磁场和电流扫描速度时，两种方法的结果相一致，Q随频率增加，但是在较高一点的频率下ACS方法测量到Q随频率增加而关小。然而，DCE方法却发现Q随电流扫描速度增加而单调地增加。数值模拟研究的结果证明，上述两种实验方法所得到的结果可以用巨磁通蠕动理论予以解释，我们的研究结果说明了电输运方法和磁测量方法各有一定的特征。     

电镀铜对YBCO超导带材临界电流影响的研究

钇系超导带材(YBCO)由于载流能力强、不可逆场高,是近年来高温超导材料领域的研究热点,并在电力行业实现示范应用。YBCO超导带材由基底、缓冲层、超导层和保护层组成,可通过电镀铜工艺实现保护层的制备。目前,有关电镀铜对YBCO超导带材临界电流的影响还鲜有报道。因此,本研究对比了镀铜前后YBCO超导带材的表面形貌和临界电流。实验结果表明:电镀铜在提高带材机械强度的同时,对其超导电性并无明显影响。     

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%.     

第二代YBCO超导带材低温热解炉的研制

文中介绍了一种适用于YBCO带材在工艺气氛下的低温热解专用设备。详细阐述了炉体、炉膛、电控、气控的分段模块化设计并集成于一个标准段,多段集成后拼接成可扩展式低温热解炉。设备专业设计了三层式马弗进气结构,保证产品表面气流均匀;创新采用模组式歧管分流汇集的方式,解决了多路多功能气路的优化布置。     

双根堆叠YBCO超导带材缺陷状态下失超传播规律研究

因双根并绕堆叠结构的YBCO带材能够进一步增加设备承载电流密度,被广泛应用于大型超导设备线圈绕制中.本文研究了外层有包绕绝缘的双根并绕堆叠YBCO带材有缺陷情况下的失超传播特性,应用有限元法方法,建立了双根YBCO带材堆叠状态下失超仿真模型,研究了存在不同缺陷的情况下双根堆叠超导带材的失超传播特性,探索了堆叠带材在不同工作电流下传播速度(NZPV)等参数的变化趋势,同时探究了不同铜稳定层厚度下并绕堆叠带材失超传播规律.结果表明缺陷区域面积增加以及铜稳定层厚度减小,都将导致双根并绕堆叠结构的二代高温超导带材失超传播速度增加,在带材上的温升增加,增加失超的风险.研究结果可以为超导设备安全稳定运行参数设置提供支持.     

基于LabVIEW平台的YBCO超导带材失超传播特性测试系统

基于LabVIEW软件平台,搭建了高温超导带材失超传播特性测试系统。在77K、自场环境下,能够通过上位机控制超导电源,并通过4个PT100铂电阻温度计、TM208温度监视器和keithly2000数字电压表测量YBCO超导带材失超以后的电压和温度数据。系统通过虚拟仪器软件架构(VISA)完成数据采集后,绘制出沿带材样品纵方向的电压和温度变化曲线,计算出YBCO带材的失超传播速度、最小触发能等参数,实验结果与一维热流方程模型计算结果一致。所设计的测试系统可操作性高,自动化程度高,人机交互界面友好,为超导带材失超传播特性的研究提供了方便可靠的具体实验方案。     

YBCO带材交流损耗电测法实验研究

介绍了交流损耗测量理论,搭建了高温超导带材的电测法测量平台,并分别测量不同频率下AMSC和Super Power两家公司生产的YBCO带材的交流损耗。将测试结果进行了归一化处理,并与计算结果和Norris模型进行比较,从两种带材材料层面分析了测量结果与计算结果存在微小差别的原因。实验结果表明测量结果与计算结果基本一致,并且和Norris模型吻合较好,说明该测量系统可以很好地测量不同频率下YBCO带材的交流损耗。     

平行排列的YBCO带材交流损耗研究

针对YBCO带材不同排列对交流损耗的影响,建立了两根带材垂直排列与水平排列的模型。模型将单带模型扩展为两根带材不同间距的模型,考虑两根带材之间互感作用,通过将安培定律和法拉第电磁感应定律与YBCO超导体E-J特性结合,联立求解获得每点磁场分布。研究两种排列模型中带材间距对交流损耗的影响。     

高温超导YBCO薄膜中的传输交流损耗

基于Norris方程和Bean临界态模型,考虑薄膜超导体内的磁场和电流密度分布特性,通过解析求解的方法推导出薄膜超导体在传输外加电流时其内部的磁场和电流密度以及传输交流损耗的解析表达式,从定量的角度研究超导体截面几何形状对传输交流损耗的影响.结果表明薄膜超导体边缘处的剧烈变化的磁场和电流的分布以及无场区的电流承载能力是...     

超导带材并联结构的失超传播特性研究

失超传播速度v_(nzp)和最小失超能量E_(mq)是超导磁体的失超保护设计的重要参数。对由YBCO制成的单长导体、平行并联双导体和堆叠并联双导体进行实验,测试和分析了液氮温度下三种不同结构样品的失超传播速度和最小失超能量,监测了并联结构受到局部热干扰时的带材分流情况,及带材分流对于失超特性的影响。结果表明,分流现象导致失超传播速度降低,最小失超能量升高;通流比相同时,堆叠并联结构相比单根带材,失超传播速度约下降14%,最小失超能量约上升13%。     

高温超导YBCO线圈交流损耗的频率特性

YBCO线圈的交流损耗直接关系到YBCO设备的运行成本及稳定性。实现对YBCO线圈交流损耗的快速、准确测量,对于开展YBCO涂层导体的应用研究具有重要的意义。文中采用电测量法,在77K、零场和不同频率条件下,对YBCO线圈通以不同运行电流时产生的交流传输损耗进行测量。构建了YBCO线圈交流损耗的数值计算模型,对YBCO线圈交流损耗进行理论研究,最后将实验数据与理论计算结果进行比较,两者结果基本一致。可以发现,YBCO线圈在频率低于75Hz时,交流传输损耗随频率的增大而减小,当频率从75Hz增加到195Hz时,交流传输损耗随频率的增大而增加。     

MOCVD法在金属基体上制备YBCO超导带

本报道了用ＭＯＣＶＤ静态和动态沉积两种工艺制备ＹＢＣＯ超导带的实验结果。以Ｙ（ＴＭＨＤ）３、Ｂａ（ＴＭＨＤ）２和Ｃｕ（ＴＭＨＤ）２为挥发源，Ｏ２气为反应剂，高纯Ａｒ气为载流气体，在静止和以１０－１５ｃｍ／ｈ带速移动的金属银基体上，制出了有强烈ｃ－轴取向的ＹＢＣＯ超导带。静态沉积样品的Ｊｃ达到１．０４×１０＾４Ａ／ｃｍ＾２，动态沉积样品的Ｊｃ达到１．４×１０＾４Ａ／ｃｍ＾２（７８Ｋ，０Ｔ）。对改…     

Bi系和YBCO超导带材不同弯曲应变下的临界电流和n指数比较

本文通过实验分别测试了不同弯曲直径下的Bi系和YBCO两种高温超导带材的临界电流,并通过公式拟合得到了不同弯曲直径下的n指数.根据所得实验数据分别绘制了两种带材的临界电流与弯曲直径、n指数与弯曲直径、临界电流衰减率与弯曲应变关系曲线,并将弯曲应变对两种带材临界电流和n指数的影响进行了比较分析.实验结果的分析发现两种带材的最小弯曲直径不同,可能与带材的结构有关,且极端弯曲条件下YBCO带材的临界电流衰减率远低于Bi系带材的临界电流衰减率.本实验结果对超导磁体的设计以及超导带材以线圈形式出现的一些其它电工应用有一定的参考意义.     

高温超导YBCO线圈交流损耗实验研究与分析

交流损耗是高温超导YBCO线圈设计的一个重要参数,直接关系到高温超导装置的运行成本和稳定性。文中利用热测法实现对高温超导YBCO线圈交流损耗的准确测量,并给出了高温超导YBCO线圈的理论数值计算模型,通过理论计算值与实验结果的比较分析,两者结果基本相符。研究结果为开展1MJ高温超导储能-限流磁体的研制具有十分重要的指导意义。     

高温超导YBCO带材的交流传输电流损耗测量

文中对不同频率不同幅值的交变电流下高温超导体YBCO带材的交流传输损耗进行了实验研究.实验在77K下,对Superpower公司生产的SCS4050型号带材采用电测法通过锁相放大器进行了交流损耗值的测量,并将其工作电流为50Hz时的测量结果与Norris矩形模型估算值进行了对比,同时也给出了15Hz到300Hz不同频率下交流损耗测量结果的比较分析.     

YBCO带材交流损耗的数值仿真与分析

在有限元软件COMSOL Multiphysics中构造出了YBCO带材的数值仿真模型,并重点对YBCO带材的交流损耗进了数值模拟.模型中以单根无限长YBCO带材为计算对象,以H-formulation作为求解方法,并将带材的非线性特性(E~J特性)和各向异性特性(B~J特性)作为模型的理论基础加载到模型中.之后利用仿真模型计算出不同幅值的交变电流激励下带材的交流损耗.同时,文章对YBCO带材的交流损耗进行了相同激励条件下的测试实验和基于Norris公式的理论计算,并将三者进行对比,结果显示三组数组基本吻合,证明所构建的仿真模型在计算带材交流损耗方面的可行性.     

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。     

Bi -2223/Ag超导带材的失超传播速度研究

文中对超导带材的失超产生机理进行了详细分析,建立了其失超传播的计算模型.在此基础上,对Bi-2223/Ag高温超导带材失超传播进行了实验研究,用四引线法测得不同条件下其失超传播的U-t曲线,由此计算出Bi - 2223/Ag超导带材的失超传播速度为0.4cm/s～1.98cm/s.实验结果表明:带材的失超传播速度与载流大小有关,与触发失超的能量无关,带材载流越大,失超传播得越快.     

高温超导YBCO带材的交流损耗的FEM仿真分析

对高温超导带材YBCO的交流损耗进行了仿真分析。运用有限元FEM方法,基于Maxwell方程组的数值建模,引入了基于实验数据的power-law对交流损耗进行计算。首先对自场下的交流损耗值进行了仿真计算并分析了带材的电流密度与磁场分布情况,并通过与实验测量数据做比较验证仿真方法的有效性。其次分别对不同幅值下的平行场与垂直场下的交流损耗进行了计算,将自场、平行场以及垂直场下的电流密度与磁场强度的分布以及交流损耗值进行了对比分析。