轴向拉伸应变对YBCO涂层导体V-I特性曲线的影响研究

文中实验测试了YBCO涂层导体在77K(液氮)、自场环境、不同轴向拉伸应变情况下的V-I特性曲线,并获得相应的n值。接着,通过对实验数据的拟合建立了一种理论模型,对不同应变下的V-I特性曲线进行了修正,模型修正的结果很好的反映了在实际不同应变情况下的V-I特性曲线变化特征。在此基础上,建立了这种材料n值和应变之间的理论模型,计算结果与实验数据吻合较好。最后,考虑到YBCO涂层导体的n值在材料的弹性区受轴向拉伸应变的影响很小,给出了YBCO涂层导体临界电流与轴向拉伸应变的理论预测模型。通过与实验数据的对比,该理论模型可准确预测任意应变状态下YBCO涂层导体的V-I特性曲线和所对应的n值及其在弹性区的临界电流。     

拉伸应变对YBCO涂层导体传输特性的影响

本文通过实验研究了拉伸应变对YBCO涂层导体的临界电流(Ic)、n值和交流损耗的影响(零场,77K),实验结果表明,随着拉伸应变的增大,YBCO涂层导体Ic的变化分为三个阶段,开始缓慢上升,然后缓慢下降,最后快速下降,Ic的上升表明带材中存在残余压缩应变,Ic的衰减是由于应变导致弱连接区域的钉扎势与晶界间临界电流密度同时减小引起的;而n值随应变增加基本上没有变化,说明沿导体长度方向的Ic分布没有变化.由于临界电流密度沿样品宽度方向分布不均匀,实验所得的交流损耗结果与采用Norris模型计算所得的结果不一致,同时,当应变超过不可逆应变、电流接近Ic时,交流损耗快速增加.     

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。     

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。     

高温超导大电流导体临界电流特性研究

YBCO带材在高磁场下仍有好的通流性能,可以用多根高温超导带材构成大电流导体用于高场磁体。为减小导体的交流损耗,大电流导体有多种结构形式,缠绕型和扭转堆叠是其中的两种结构形式。临界电流是高温超导大电流导体的重要指标之一。文中采用四引线法对这两种导体结构在液氮、自场环境下的临界电流特性进行了实验测量,分析并总结了其临界电流特性与结构的关系。     

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。     

PVP辅助低氟溶液法制备YBa_2Cu_3O_(7-x)厚膜研究(英文)

传统的化学溶液法制备微米级YBa2Cu3O7-x(YBCO)涂层导体过程中,需要反复多次镀膜和热分解过程才能使膜厚达到1μm以上。本研究以独特的先进低氟溶液为YBCO前驱溶液,通过添加聚吡咯烷酮(PVP)作为增稠剂,提高了YBCO胶体的粘度,并提高了最终YBCO薄膜的厚度及致密性。单次镀膜获得的YBCO薄膜厚度达到了600nm。77K,0T条件下,临界电流密度Jc达到1MA/cm2以上。这种高分子改性的低氟YBCO前驱溶液沉积技术有望在未来涂层导体开发中发挥作用.     

新型高温超导复合导体的磁场仿真与实验分析

针对兆伏安级容量的超导变压器,通过绕组初步设计,考虑导体的电流密度、载流量和交流损耗,提出面向大容量超导变压器应用的新型超导复合导体结构,介绍了含内外超导层的新型高温超导复合导体的结构。引入电流矢量T和磁矢量势A的方法,考虑临界电流密度J_c和磁场B的关系,建立了导体不对称三维数值载流模型,计算分析了不同结构参数对导体临界电流的影响规律。通过绕制的新型高温超导复合导体短样,在液氮环境下对其自场临界电流进行了测量,计算结果和实验结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

端部松动对高温超导电缆导体交流损耗影响的定性分析（英文）

高温超导电缆由于其较低的交流损耗和高传输电流密度的特点,随着地下电缆容量的不断提升在人口密集城区具有潜在的应用前景.交流损耗是是高温超导电缆的一个重要参数,对其运行稳定性和运行成本具有重要影响.为了研究高温超导电缆的交流损耗,用YBCO涂层导体绕制了一根长1.5米的冷绝缘电缆导体,此电缆导体包括一层导体层,绝缘层,和一层屏蔽层.基于Bean临界态模型对电缆导体的交流损耗进行了分析并在工频77K条件下用电测法对交流损耗进行了测量.结果在计算值与试验结果之间有难以置信的差异.本文基于电缆导体两端的几何与机械结构对产生这种现象的原因进行了定性分析.     

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%.     

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.     

Bi2223带材的临界电流及交流损耗研究

测量了77K温度下不同基体材料和不同芯数带材的临界电流和交流损耗.分析了弯曲应变对它们的影响.结果表明单芯样品的不可逆应变小于0.15%,而多芯样品的不可逆应变在01%到03%之间,多芯导体的机械性能比单芯导体的好,增加芯数可以提高机械性能,金属包套材料对超导芯起到了增强的作用,它防止了超导芯中裂纹的进一步传播.自场损耗随外加应变的增加而增加,这种大幅度的增加与应变使带材的临界电流急剧减小直接相关 关键词： 高温超导体 临界电流 交流损耗     

第二代高温超导带材涂层导体的研究

第二代高温超导带材YBCO涂层导体的研究,广受世人重视.本文介绍国内外涂层导体的研究工作进展,讨论了涂层导体的重点科学问题,包括金属基带材料和涂层工艺技术.     

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.     

YBCO涂层导体焊接接头电流分布研究

目前,由于制作工艺的限制,可生产的YBCO涂层导体(2G)的最大长度低于1km,而其在工程应用中需要的长度远远大于可生产长度,因此,针对超导接头技术开展相关研究具有重要的意义。提出了一种测试YBCO涂层导体焊接接头电流分布的试验方法。利用这种方法,分别对3cm,5cm,6cm,8cm,10cm 5种不同长度接头电流和电阻分布进行了测试,并用一个理论模型与实验结果进行了比较。结果显示:接头上下两层带材之间的电流流动大部分是在端点附近完成的;另外,接头电阻是由上下两层带材之间的电流流动引起的,并且主要是由端点处的电流流动决定的。     

基于ReBCO涂层导体各向同性超导股线自场下临界电流

本文提出一种基于第二代高温超导涂层导体(ReBCO CC)具有各向同性结构的高温超导股线.股线中的带材按照中心对称的方式进行排列,使用导热导电性能良好的金属材料对带材进行捆扎包覆,采用金属包套工艺提高股线的机械性能和电磁稳定性.为了研究各向同性高温超导股线(IHTSS),本文提出一种根据带材各向异性,通过有限元仿真,计算股线自场下临界电流的方法.制作了一根20cm长的IHTSS短样,在液氮温度下对其自场临界电流进行了测量,实验结果与计算结果基本一致,证明了计算的合理性.此外,实验和仿真表明,IHTSS在液氮温度下已具有较高的临界电流.     

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。     

金属芯尺寸对CORC缆REBCO带材临界性能影响

为推动CORC缆应用于CICC导体及高场磁体,研究金属芯尺寸对CORC缆上的ReBCO带材临界性能影响具有一定的重要性。手工绕制了多根单层CORC缆样品,研究了在77 K和自场条件下,芯部尺寸对上海超导生产的YBCO带材的临界电流的影响。随着缆芯尺寸减小,YBCO带材的临界电流产生衰退现象。当缆芯尺寸低于4.3 mm时,临界电流明显下降。当缆芯尺寸为4 mm时,临界电流为127 A,n值为32.5,临界性能衰退了21%。     

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。     

Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3/YBa_2Cu_3O_(7-x)双层结构电学特性研究

该研究通过溶胶-凝胶结合PLD的方法,在LaAlO_3(LAO)基板上制备了具有良好的c轴取向的Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3/YBa_2Cu_3O_(7-x)(PZT/YBCO)双层薄膜。采用溅射法制备了Pt顶电极,在300K~50K温度范围内,对Pt/PZT/YBCO的电滞回线和J-V特性曲线进行研究,结果表明:300K时,Pt/PZT/YBCO的剩余极化强度约为22μC/cm~2,随着温度的降低,剩余极化强度基本保持不变同时矫顽场和临界导通电压(Vc)增大、漏电流减小,当YBCO进入超导态时,Vc随温度的变化规律发生改变。进一步研究了不同电压下Pt/PZT/YBCO的电流输运特性,当外加偏置电压较小时(临界导通电压以下),Pt/PZT/YBCO的电流输运特性主要符合欧姆导电机制,当外加偏置电压增大到临界导通电压以上时,电流输运特性主要符合肖特基发射机制。