基于REBCO环片的环向磁体的俘获场特性

利用REBCO环片的结构,研制出一种由六组单元环向场磁体沿环向均匀分布组合构成的环向磁体样机。其中每组单元环向场磁体由REBCO环片和绝缘片交替堆叠构成。在77 K温度下,采用四引线法测得单个REBCO环片的临界电流为43 A。基于场冷和多脉冲场两种磁化方法,通过霍尔探头测得两种磁化方法下单个环向场磁体俘获磁场分别为2.43 mT和1.87 mT。结果表明,环向磁体实现了在无电流引线和无焊接电阻下的持续电流运行。因此,这种结构的环向磁体可作为永久磁体俘获高磁场,有望应用于大规模的环向磁体并为环向磁体的工业应用提供参考。     

密绕超导磁体失超动态过程的实验研究

本文提出了一种超导磁体失超动态过程的实验研究与分析方法.即从实验失超时磁体电流与端电压的变化及桥保护的电压信号出发,计算磁体电阻、电压、电流作用积分和能量损耗W随时间的变化,利用材料性能的有关数据,粗略近似地求得导体平均温度(?).“热点”温度Tmax及常导区域增长速度ν随时间的变化.我们选择了十个充蜡密绕超导磁体进行了实验,研究了失超过程中磁体电阻、电流作用积分与导体平均能耗间的关系;初始电流密度、磁体参数、充填及其他因素对常导区增长速度的影响.     

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.     

Bi-2223带材有阻焊接接头电阻特性的研究

本文针对Bi-2223/Ag带材接头有阻焊接展开研究,考虑大电流时超导I~V特性非线性影响,建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,总结出不同搭接距离和焊锡层厚度对接头电阻的影响规律,并着重分析了接头电阻对临界电流的影响,最终通过实验验证了理论分析得到的一些基本规律.为降低Bi-2223/Ag带材接头电阻对高温超导磁体运行时的不利影响,实际焊接时搭接距离应保证在7~10cm以上.     

14T MRI大口径全身自屏蔽超导磁体的一种优化设计方法

磁共振成像(MRI)的磁体设计首先是确保中心成像区的场值和均匀性, 二是尽可能减少场值耗散的距离即漏磁5Gs 线. 基于此本文提出了一种线性与非线性规划联合优化的方法. 首先将导体作为基本单元, 在预布置线圈的空间范围内构建二维连续导体网格. 通过线性规划搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图. 再将存在电流的网格离散为一个个矩形线圈区域, 在保证场值均匀性、 杂散场5 Gs 线范围以及线圈位置间隔、 导体超导线安全裕度的前提下利用非线性规划, 具体确定各个线圈的轴向和径向位置、 线圈内导体层数和各层匝数以及通电流大小等. 采用这种联合优化方法, 不仅节省优化时间, 还可以自行设计线圈形状有利于工程实现. 文中由此方法给出了14 T MRI 磁体的一种设计方案, 依靠4 组线圈使得45 cm 中心球形成像内不均匀度降低到5 ppm, 而高场耗散的5 Gs 线通过磁体自屏蔽减小到15 m 以内. 满足了设计的要求.     

焦耳定律实验的改进

焦耳定律实验是中学物理实验中探究电流的热效应与电流、电阻关系的重要实验,但是中学课本上所述焦耳定律实验方法存在一定的问题,如何能够直观明显将电流的热效应与电流、电阻之间的变化规律通过这一实验展示出来,且尽量缩短实验时间、提高实验教学的效率,让学生通过物理实验掌握物理知识,给出了几点实验改进的思路,希望能为广大师生提供一定的参考.     

放电过程中脉冲磁体的热传导

 对脉冲磁体放电过程中的热传导进行理论分析与实验测试,结果表明：对于短脉冲磁体,采用绝热模型与考虑热传导后的模型所得计算结果相近,并且二者均与实验测量得到的结果相符;对于长脉冲磁体,由于热传导时间相对较长,绝热模型计算得到的温升与考虑热传导后模型得到的温升有较大差别。通过理论分析可知：无论是短脉冲磁体还是长脉冲磁体,放电过程中的热传导只对磁体温升分布有较大影响,而对磁场波形则几乎没有影响。     

焊接高温超导叠型电缆电流分布的研究

第二代高温超导带材具有较好的电磁特性和机械性能,在未来高场螺线管磁体和高场加速器磁体等领域具有极大的发展潜力.通过测量焊接高温超导叠型电缆在液氮温度自场下,临界电流测量值与电压抽头位置的关系,以研究电缆内部电流分布.实验结果表明,当电流逐渐增大时,电缆内部沿堆叠方向不同位置,电压数值不同,说明电缆内部电流非均匀分布,靠...     

用于46 T全超导磁体装置的26 T REBa2Cu3O7-δ高温超导内插磁体电磁设计研究

REBa2Cu3O7-δ(REBCO)高温超导带材具有良好的电磁性能和机械强度,现已成为开发极高场超导磁体的重要基础材料.本文基于T-A 方程提出了一种极高场REBCO 内插磁体的参数化设计方法,该方法在计算中考虑了超导屏蔽电流对磁体中心场强和应变分布的影响,采用分步优化的方式从内向外依次确定各超导线圈的结构参数,每个线圈的优化过程相对独立.基于该设计方法,本文给出了46T全超导磁体中26TREBCO 内插磁体的电磁设计方案,确定了主要线圈参数和工作电流.该内插磁体由4个线圈同轴嵌套串联组成,每个线圈都由REBCO带材绕制而成的双饼线圈(Double Pancake, DP)堆叠而成.基于当前模型计算结果,在给定的20T背景场中,当内插磁体工作电流达到290A时,磁体中心场强可达46T;高温超导线圈中最大环向应变为0.61%,仍然处于危险区域.     

300 kvar超导同步调相机样机的转子磁体设计与测试

正在研制的300 kvar高温超导同步调相机样机采用二极转子结构,每极上堆叠四组跑道形双饼高温超导线圈,线圈之间使用增强型超导电流桥接头结构来降低磁体内部的接头电阻。通过有限元软件对超导转子磁体的静态磁场分布进行了三维仿真计算,根据计算结果和超导带材临界电流-磁场-角度依赖性数据,得到该超导转子磁体在30 K温度的工作电流不能超过333 A。磁体制造完成后,对磁体以不同的升流速度进行了液氮下的通流实验,结果显示,超导转子磁体在液氮下能够安全通流50 A。在通流实验中,测量得到超导转子磁体内部各接头的电阻值均小于1μΩ。     

探究正弦交流电有效值与最大值的关系

交变电流的最大值Im和Um是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值.交变电流的有效值I和U是根据电流的热效应定义的,即让交流与直流通过相同阻值的电阻,如果它们在相同的时间内产生的热量相等,这一直流的数值叫做这一交流的有效值.对于某一确定的交流电,其有效值与最大值间     

涡流损耗对爆炸去磁脉冲发生器输出性能的影响

 为了提高爆炸去磁脉冲发生器的输出能量,设计了绝缘层截断涡流回路磁体结构,以减小冲击去磁过程中磁体内产生涡流造成的能量损耗。把圆柱形钕铁硼磁体切分成4块,在块与块之间增加聚脂绝缘层,再组合成一个圆柱形整体,形成截断涡流回路的磁体结构。采用Maxwell 3D电磁场有限元分析软件,对未切分和切分后的钕铁硼磁体进行了静磁场计算,分析了两种结构下的磁感应强度分布。对这两种磁体结构的脉冲发生器进行了爆炸实验,测量了脉冲发生器输出的感生电动势,分析了涡流损耗对发生器输出电流的影响。结果表明：磁体中截断涡流回路的脉冲功率发生器涡流损耗较小,能够输出更大的电能。     

Bi2223/Ag带小型高温超导实验磁体设计

Bi2223／Ag带材的强各向异性决定了其临界电流对垂直于带材表面的磁场非常敏感，这是该带材在高温超导磁体等强电应用方面的不利因素。我们从减小磁体最大径向场BRmax对磁体运行电流的影响、充分利用超导材料的原则出发，讨论了高温超导磁体的设计方法。在小型Bi2223／Ag实验磁体的设计中，根据对径向磁场的计算、分析，确定了磁体的工作点。     

100kJ空芯螺线管型YBCO超导储能磁体的优化设计

本文针对使用YBCO带材的螺线管型SMES,使用Ansoft Maxwell建立了其电磁模型.考虑到YBCO带材临界电流的各向异性,利用Ansoft Maxwell场计算器建立了与线材呈40°角的最大磁场强度的函数.实现了YBCO磁体临界电流、实际运行电流及实际储能容量的快速准确的计算.变换了磁体形状变量空间,并利用参数化计算缩小搜索范围,以缩短优化算法的收敛时间.基于以上工作,结合Ansoft Maxwell提供的遗传算法优化工具,实现了对100KJ螺线管型超导磁体的设计,并对优化计算结果进行了分析.     

热效应在电流驱动反铁磁/铁磁交换偏置场翻转中的显著作用

电流驱动的面内交换偏置场翻转具有无需外磁场辅助、抗磁场干扰以及强磁各向异性等优势,受到广泛关注.然而,在纳米级厚度薄膜系统中,反铁磁/铁磁异质结的阻塞温度较低,同时电流脉冲会产生大量的焦耳热,理论上电流热效应对于交换偏置场翻转有着显著作用,但是其作用机制缺乏相关研究和验证.我们制备了一系列反铁磁IrMn厚度不同的Pt/IrMn/Py异质结,系统性地研究了热效应在电流翻转交换偏置场中的作用机制.结果表明,在毫秒级电流脉冲下,焦耳热能够使得器件升温至阻塞温度以上,解除反铁磁/铁磁界面的交换耦合,同时电流产生的奥斯特场和自旋轨道矩能够翻转铁磁磁矩,在降温过程中完成交换偏置场的翻转.并且,在翻转过程中,反铁磁/铁磁异质结的各向异性磁阻曲线呈现与温度相关的两步磁化翻转现象,分析表明该现象起源于交换偏置耦合与铁磁直接交换作用之间的竞争关系.本文的研究结果厘清了热效应在电流驱动交换偏置场翻转过程中的重要作用,有助于推动基于电控交换偏置场的自旋电子器件发展.     

用于地球磁尾三维磁重联实验的脉冲电源

空间环境地面模拟装置是哈尔滨工业大学承建的国家重大科技基础设施项目,其包含的空间等离子体环境模拟与研究系统是用于提供磁重联过程等基本物理过程的时空演化规律研究的平台。在研究地球磁尾三维磁重联时,使用处于真空环境内的偶极磁场线圈和两个磁镜场线圈来提供研究所需的模拟背景磁场,其中偶极场线圈为一个总电感为17.4 mH、总电阻为30.25 mΩ的单个线圈,而磁镜场线圈为两个线圈镜像对称设置并串联连接,总电感30.16 mH,总电阻58.81 mΩ。为了产生实验所需背景磁场的幅值和持续时间,研制并测试了两套总能量3.36 MJ的脉冲电源,在进行地球磁尾三维磁重联实验时两套电源需要同时工作。用于驱动偶极场线圈的脉冲电源按照实验需求可以在充电压不大于20 kV的情况下,能够提供超过9 kA的峰值电流,95%峰值电流的持续时间超过了5 ms,由峰值时刻降低到10%峰值时刻的时间不超过130 ms;用于驱动磁镜场线圈的脉冲电源按照实验需求可以在充电压不大于20 kV的情况下,能够提供超过8 kA峰的值电流,95%峰值电流的持续时间超过了5 ms,由峰值时刻降低到10%峰值时刻的时间不超过130 ms。     

对已知截面积的线材设计脉冲磁体的方法

本文在“脉冲强磁场系统最佳设计的理论”基础之上,对于实际设计中常碰到的当线材的截面积s为已知时,如何制作对脉冲时间和磁场强度都为要求值的绕组线圈磁体,绐出一个设计方法.并对其结果进行了讨论.     

100kJ高温超导储能磁体电磁分析及研究

超导磁储能系统(SMES)是超导在电力领域的一个重要应用。文中介绍的100k J SMES磁体由30个Bi2223/Ag带材绕制的双饼线圈组成,设计工作温度20K,工作电流200A。SMES在运行时,磁体不同位置的带材所受到的磁场的大小和方向不同,其临界电流退化程度也不相同。保证一定的临界电流裕度是磁体稳定工作的前提。文中通过有限元法计算了磁体的磁场分布,分析了磁体的临界电流裕度以及磁体在不同温度下的临界电流。结果表明,磁体在设计工况下电流裕度可达57.5%。计算结果可以为SMES磁体的设计和运行提供参考。     

跑道形高温超导转子磁体设计与测试

基于前期开发的60 kW风力发电机样机,设计并制造了两个应用于直驱式风力发电机的转子磁体,包括磁体的电磁设计、结构设计及制备流程,磁体为两种形式的跑道形高温超导磁体。通过在77 K液氮温区的直流测试,获得了磁体的临界电流、电阻等参数,及电流-电压变化曲线;通过磁体在30 K氦气低温传导冷却系统中直流励磁测试,获得了系统降温曲线、磁场随电流的变化曲线。测试结果表明,磁体满足励磁和传导冷却要求,验证了磁体设计的合理性和运行的可靠性。