圆筒形高温超导体的交流损耗研究

针对高温超导电缆、限流器等电力设备中常应用的圆筒形高温超导体进行交流损耗特性研究.本文对单根Bi-2223带材以及由十根该带材制作的十边形高温超导体样品的交流损耗特性进行实验测量,并应用有限元软件研究单根带材、理想圆筒形高温超导体和十边形高温超导体的二维有限元计算模型,基于有限元的数值模型对交流损耗进行仿真计算,最后将数值计算结果、实验测量结果以及基于mono-block模型的理论计算值进行比较并详细的分析讨论,结果表明,圆筒形高温超导体的交流损耗最少.     

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。     

基带材料对单层高温超导电缆模型交流损耗的影响

高温超导(HTS)带材的基带可以改变带材的磁场分布,从而影响到带材的交流损耗。从实验和数值分析两个角度计算了不同高温超导带材的自场损耗,并分析了不同基带对带材自场损耗的影响。利用不同高温超导带材制作了多个单层高温超导电缆模型,并从磁性基带的角度分析了各模型的交流损耗特性。结果显示非磁性基带不影响带材的交流损耗。对于超导电缆模型而言,当磁性基带位于模型外侧时,模型外部空间不存在损耗磁通。此外BSCCO模型和YBCO模型的交流损耗特性相似,NY模型和YN模型的损耗相比前两个模型偏大。尤其在低电流区域,YN模型的交流损耗最大。     

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。     

YBCO线圈交流损耗的有限元分析与实验验证

随着高温超导YBCO带材载流能力的不断提高和成本的逐渐降低,YBCO线圈及磁体的应用将日益广泛。文中利用有限元方法研究了YBCO线圈的交流损耗特性,计算了50Hz下线圈的瞬时交流损耗,分析了每匝带材中的电流和磁场分布。仿真结果表明,线圈内侧承受的磁场最大,但线圈中部每周期的交流损耗最大,且线圈中始终存在未被磁场穿透的区域。除此之外,文中实验测量了YBCO线圈的临界电流和交流损耗,实验结果良好地验证了仿真方法的正确性。     

高温超导体指数损耗的有限元数值分析及相关问题讨论

本文从高温超导体的非线性E～J指数关系式出发,分析了热致磁通蠕动模型下其等效电导率的特性,讨论如何建立针对这种非线性电导率的有限元计算模型,然后分别给出计算交流磁化损耗和传输损耗的二维数值仿真模型,模型针对银基Bi-2223带材,施加相应的边界条件可以计算不同物理条件下的交流损耗.分析此数值模型所得到的带材横截面中电流密度分布特点以及交流损耗热功率的值,并与利用相关解析式得到的结果作对比,证明此二维模型完全适用于分析多种复杂物理条件下超导体的交流损耗问题.     

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。     

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。     

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。     

二代高温超导带材失超电阻的交-直流等效计算方法

超导故障限流器具有通态损耗低、响应速度快等优点,是一种应用场景广阔的超导电力设备,但二代高温超导带材失超电阻的有效计算较困难,难以同时满足计算精度和速度的要求。本文对YBCO高温超导带材进行交流和直流过电流冲击实验,测量了短路故障电流作用下带材的失超电阻特性。结果表明,带材失超电阻与积累能量具有一一对应关系,且该对应关系在交流和直流工况下一致。以此为理论基础,搭建了基于电阻-能量关系的电阻型超导限流器失超电阻计算模型,提出了交直流等效失超电阻分析方法,可用交流冲击实验等效替代直流实验,降低实验与仿真建模的难度。     

具有多层结构的BSCCO电缆交流损耗测量研究

为了研究带有屏蔽层超导电缆的交流损耗,实验选取了5m BSCCO电缆作为样品,通过电测法评价其交流损耗,并将测量结果与热测法和数值分析法的结果进行对比讨论。此次热测法测量的是100m BSCCO电缆在75.6K和66.6K下的总交流损耗。理论研究中利用直线多边形模型和绕制圆柱形模型计算交流损耗。实验结果表明,热测法和电测法归一化的总交流损耗值是一致的。电测法测量出的总交流损耗和导体层交流损耗分别与对应的数值分析计算结果相吻合。其中绕制圆柱形模型的计算结果更接近电测法结果,说明带材的绕制结构比多边形结构对交流损耗的影响更为重要。     

高温超导电流引线电磁特性及交流损耗研究

在无限长堆叠带材模型的基础上对高温超导电流引线的交流损耗建立了新的计算模型,即正十二边形骨架计算模型.由于正十二边形对称性,通过建立合适的坐标系,对坐标进行旋转即可求出每堆带材处的磁场.使用matlab编程计算并得出一系列电流下的交流损耗值,通过将所得数据绘成图形,比较了不同电流下穿透深度及交流损耗的大小.然后搭建实验平台,测量了不同频率下电流引线的交流损耗,并将理论与实验对比,得到较好的一致性.     

高温超导带材交流损耗的数值计算与分析

高温超导带材在许多领域得到越来越广泛的应用。交流损耗计算对于高温超导带材具有重要意义。该文介绍了两种交流损耗的数值计算模型,并以其中一种模型为例,对带材的交流损耗进行计算,与Norris公式计算结果作了比较,证明结果有效。最后提出了交流损耗数值计算中存在的问题。     

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.     

磁性基底YBCO带材在DC外场下的交流损耗特性

随着载流能力的不断提高和生产成本的逐渐降低,高温超导YBCO带材在未来高温超导电力装置中具有广泛的应用前景。对磁性基底YBCO带材在平行和垂直DC外场下的交流损耗进行了测量,并研究了磁性基底的磁饱和和磁记忆特性对其交流损耗的影响。实验结果表明,平行外场和垂直外场分别大于240Gs和450Gs时,带材的交流损耗降至最低。除此之外,实验还发现,撤掉垂直外场后,带材在较小的载流范围内,仍能保持较低的交流损耗。     

金属封装内冷型高温复合超导体电磁特性的有限元分析

基于工程化高温超导带材的内冷型复合超导体电磁特性受磁场各向异性影响较大,采用有限元方法分析了内冷型复合超导体的电磁特性。利用COMSOL Multiphysics建立了基于商品化高温超导带材的金属封装内冷型高温复合导体的有限元计算模型,并对其进行电磁仿真分析,得到了内冷型复合超导体的磁场分布,应用高温超导材料在磁场下的Jc-B曲线关系,获得内冷型复合导体在77K液氮温区下临界电流受磁场影响的变化规律。采用电场强度与电流密度进行面积分的方法,计算得到了不同频率、不同通流下内冷型复合导体的交流损耗情况,计算表明,相同频率下交流损耗随激励电流的增大而增大,相同激励电流条件下交流损耗与通流频率成正比关系。     

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.     

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。     

扭转应变与高温超导带材临界电流分布关系研究

为加工大电流导体和制备高温超导电缆,有必要掌握高温超导带材在扭转下性能。该文研究了扭转下高温超导一代铋锶钙铜氧(BSCCO)和二代钇钡铜氧(YBCO)带材临界电流的分布与扭转应变之间的关系,用四线法在液氮、自场环境下测量了不同扭距下带材临界电流,分析比较了三种不同带材(日本住友HT-CA;AMSC8501;Super Power SCS4050)临界电流随扭距变化规律的异同,建立了计算扭转下带材内部应变的模型,推导出了扭转下三种不同带材临界电流密度与应变之间的函数关系。此外,将实验测得的临界电流与通过模型理论计算得到的数值进行了比较和分析。