高温超导带材YBCO涂层导体的失超传播特性研究

在液氮(77K)环境下对YBCO涂层导体的交、直流失超传播特性进行了研究。测量了交、直流情况下的失超传播速度以及最小失超能量;分析了超导带材的失超传播速度与传输电流的关系;推导了一维模型下的失超传播速度计算公式。结果表明,当带材的传输电流交流(有效值)与直流相同时,交、直流失超传播速度基本一致,交流的最小失超能略小,且随着传输电流的增大最小失超能间的差距加大。     

YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。     

YBCO在热冲击条件下的失超特性研究

在实际的超导电力装置运行过程中,超导带材可能由于电力系统中诸如系统短路故障等各种动态过程,承受短路大电流、不平衡电流的冲击,以及由此而产生的电磁、机械应力、热量的作用而失超,因此,研究热冲击对超导材料性能的影响对超导电力装置失超保护非常重要.本文以第二代高温超导(YBCO)带材为样品,模拟实际超导电力装置中带材的绝热环境,通过外加电源对超导带材进行热冲击,研究YBCO带材在不同情况的热冲击条件下的失超过程以及带材温度和超导性能的变化.试验结果表明:对于美国Superpower公司生产的YBCO工程带材,瞬时温度超导300K后,带材的临界电流下降,瞬时温度超过500K,带材可能出现烧断现象.     

YBCO超导线圈失超保护的研究

近来膜超导体YBCO的长尺寸化取得了较大的进展，有望在不久的将来用这种下一代的高温超导体制成超导线圈。与用低温超导体材料绕制的线圈相比，高温超导线圈可以在较高的温度下运行且较难发生失超现象。即使这样，对高温超导体失超的研究和测量也是非常有必要的。特别是膜超导体由YBCO薄膜和Ni基金属基带(比如Hastelloy合金)组成，当导体失超时有较高的电阻率。     

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。     

一种YBCO带材及其单饼线圈的失超传播特性分析

对一种YBCO涂层的高温超导带材及其单饼线圈进行了失超传播特性的实验测试与分析。实验测试在77K温度的液氮环境下进行,给带材通入恒定直流电流,使用加热丝给带材上一点提供脉冲热扰动,主要测量了超导带材及单饼线圈失超传播过程中的最小失超能和失超传播速度。实验结果表明YBCO超导带材及其线圈的失超传播速度随电流升高而增大,最小失超能随电流升高而减小,线圈中径向传播速度要远小于纵向传播速度。     

YBCO薄膜过电流失超特性实验及分析

YBCO薄膜材料作为电阻型高温超导限流器的限流元件具有单位通流长度耐压高,失超后不易损毁等优点.本文设计一套实验设备,在不同幅值交流电源条件下,对YBCO薄膜过电流失超特性进行了测量.实验得到了在不同过电流作用下YBCO薄膜的阻抗及电压随时间的变化关系.大量实验数据表明,YBCO对短路电流有很好的限流效果.并且动作迅速,失超后有效限流电阻大.结合实验数据,文中将YBCO薄膜的过电流失超过程分为三个不同阶段.对应于不同幅值的交流电源,分析了不同阶段YBCO的电阻发展过程.本文得到的结论对YBCO薄膜限流元件的建模及失超传播分析有着重要的参考意义.     

临界电流磁矢量分析法在YBCO线圈上的验证

高温超导磁体临界电流磁矢量分析法准确地预测了BSCCO高温超导磁体的临界电流,为了进一步验证该方法预测YBCO高温超导磁体临界电流的准确性,文中作者用9.3m二代高温超导YBCO带材绕制了一个内径为70mm,外径为100mm,共35匝的单饼,测试了单饼5-15匝,15-25匝,25-35匝和5-35匝在77K下的临界电流,并用磁矢量分析法进行了仿真分析。通过对比发现,仿真分析和实验结果的误差在5%左右,最大误差是6.75%,最小误差是4.77%,验证了磁矢量分析法在预测YBCO高温超导磁体临界电流时的准确性。     

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。     

Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材在交流过电流冲击下的失超及恢复特性研究

采用交流冲击实验装置测量了在不同交流过电流、持续交流工作电流及冲击时间情况下,不同散热条件下Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材的电压、电流和温度随时间变化曲线,分析了冲击期间和冲击后带材各参数变化及失超恢复时间与散热条件和冲击参数的关系。研究结果表明:带材在交流过电流冲击下的失超和恢复过程主要取决于冲击能量和冲击过后带材内发热与散热的竞争效应。     

氧化物超导体的真空失超

处在超导态的Bi-2223相和Y-123相样品,在抽真空的条件下,会迅速失去超导电性转变为正常态,无论测量Tc时的恒流变大还是变小,失去超导的现象都是明显的。即使在十几K的范围内减压降温仍能保持在正常态。失超的直接原因可能是由于样品氧含量急剧减少而引起了超导相的变化,也说明了一种与氧含量有关的超导机制的存在。     

液氮浸泡式高性能ReBCO超导带材失超传播特性研究

高性能高温超导带材在大型超导磁体装置上的应用已成为一种趋势,由于存在失超传播速度缓慢、失超检测信号微弱等不足,对失超保护设计提出很大挑战。本文基于液氮浸泡式双保护层的高性能ReBCO带材失超传播特性,采用一维热平衡方程建立失超传播速度的数学模型,通过增加失超源,检测热点温度与电压信号,探究液氮浴环境下的ReBCO带材在传输电流等不同参数下失超传播速度和最小失超能量的变化规律。结果显示:相同条件下,高温超导带材的失超传播速度与传输电流成正相关,最小失超能量与传输电流成负相关,且相比无保护层的普通高温超导带材,具有双保护层的高性能ReBCO临界电流和触发裕度均有提升。     

YBCO带材过流特性与抗过流能力研究

大电流条件下超导带材的失超和耐受特性是超导限流器对带材用量选择的一个重要依据。本文建立了与实际工艺结构一致的带材几何物理模型,并考虑带材的失超及电热特性,用Matlab完成数值计算,在直流环境下,带材通以时长为30 ms、通流达3倍临界电流时,得到其电压、电流特性及温升大小,通过与实验对比,具有较好的一致性。同时,进一步进行了最大通流达5倍临界电流的极限冲击实验,根据实验现象预判了带材各层传热的动态过程,优化了数学模型,进而给出带材耐受电流及温度判据。     

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。     

恒压下Bi2223/Ag带材失超规律研究

高温超导材料的实际应用中其装置两端的电压保持恒定,而现有的研究都是建立在恒流的基础上。基于此,通过建立恒压下Bi2223/Ag高温超导带材的一维失超传播模型,用数值模拟方法研究了Bi2223/Ag高温超导带在恒压作用下的失超传播行为。通过计算给出了Bi2223/Ag带材在恒压下的最小失超能(MQE)、失超传播速度(NZPV)及其变化规律,同时对恒流和恒压两种条件下的失超行为进行了对比,发现恒压下的最小失超能明显小于恒流下的最小失超能,同时恒压下的失超传播比恒流更慢。     

小型NbTi磁体的失超传播特性研究

针对小型实验NbTi超导磁体,通过建立螺线管线圈正常态区域传播的数学模型来定性描述其三维传播特性,并就磁体失超的实验波形做深入分析,阐述绕组匝间及层间的热传导效应对磁体失超传播速度的影响,掌握实验磁体失超过程中的内阻变化曲线,为磁体的失超信号检测与保护奠定良好的理论基础。     

高温超导带材不同焊接接头长度对失超传播特性影响实验研究北大核心CSCD

本文针对目前典型的Bi2223和YBCO高温超导带材,在液氮温区下,测量了不同焊接接头长度对接头处的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV);分析了同种带材不同接头长度失超传播速度和最小失超能随归一化传输电流的变化关系以及不同带材相同接头下的变化关系.结果表明,不同接头长度对最小失超能的影响并不大,而随着焊接接头长度的增加,失超传播速度会逐渐减小.     

局部磁场对高温超导带材失超传播特性的影响北大核心CSCD

本文主要针对YBCO和Bi2223两种高温超导带材,在液氮温区下,测量了局部磁场影响下YBCO和Bi2223的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV).根据测量结果,分析了不同强度磁场对两种高温超导带材的最小失超能和失超传播速度随归一化传输电流的变化关系.结果表明,两种高温超导带材的最小失超能都会随着局部磁场的增加而减小;两种高温超导带材的失超传播速度都会随着局部磁场的增加而增加.     

不同幅值过电流下的高温超导线材失超发展过程

对高温超导材料的失超特性的研究是超导电力科学技术中的重要课题 ,为此 ,本实验室进行了大量的实验工作。在此基础上 ,文中整理了部分高温超导实验数据 ,对其进行分析和归纳总结 ,提出了高温超导线材失超三阶段理论