高温超导带材性能测试装置的设计北大核心

高温超导带材通流能力Ic是带材应用时的重要性能指标,而不同的环境温度、磁场强度、以及磁场应加角度,都会对Ic产生非常大的影响。为量化测定高温超导带材在复杂磁场,温度环境下的性能,设计了一套可提供4T背景磁场的性能测试装置。该装置可提供0~4T任意角度磁场、20K^77K任意温度环境、0~1000A稳定通流能力的平台。     

Bi-2223高温超导带材焊接接头电阻和过电流冲击性能实验研究

特变电工股份有限公司,昌吉831100采用自行研制的装置,对不锈钢加强Bi2223/Ag高温超导带材的焊接工艺进行了系统研究,得出最佳的焊接方案.实验测量高温超导带材焊接头的直流电阻,并对带材进行了交流过电流冲击实验,冲击时间为0.5秒,每次冲击的电流依次递增,并在每次冲击后测量焊接头的电阻,直到被测带材烧毁.根据实验数据对样品在过流冲击下的动态电阻进行实验研究,得到了具有实际意义的结果.     

高温超导带材的焊接直角接头电阻研究

为了研究高温超导材料在储能装置中的应用,开展了高温超导D型磁铁的研究。针对高温超导一代Bi2223/Ag带材和二代YBCO带材的直角接头焊接问题,理论分析焊锡层厚度和带材焊接根数对直角接头电阻值的影响。当焊接参数保持稳定时,直角接头的电阻值和焊接根数大致成反比,对带材焊接根数对直角接头电阻的影响进行了实验验证。实验结果表明,可以通过增加带材的焊接根数来有效减小接头电阻,当焊接根数为5,且焊料厚度在微米量级时,两种带材各自之间的直角接头电阻值在液氮温度下均可控制在10-8Ω左右,能够满足装置稳定运行的要求。     

高温超导带材最优焊接长度设计

高温超导体在需要高磁场的环境中变得越来越有吸引力,其相较于低温超导体有更高的临界磁场上限.在现今高温超导研究领域,高温超导带材以及线圈之间大多都需要焊接,而焊接电阻的存在严重影响了高温超导体工作时的稳定性与持续性.本文针对两种不同规格的第二代高温超导带材YBCO,在同种焊锡下设计不同的焊接长度进行实验,对实验的结果进行分段分析,根据实验结果,得到不同焊接长度下第二代高温超导带材YBCO的焊接电阻分布,利用最小二乘法拟合出焊接电阻-焊接长度的分布函数.提出了一个新的指标Rd用以表征焊接电阻随焊接长度的变化趋势,并且用黄金分割法求出随着焊接长度的增加,焊接电阻变化率的分布情况.进一步得出了各种焊接电阻变化率条件下的最优焊接长度.着重分析了两种规格的高温超导带材YBCO分别在不同的焊接长度条件下的焊接电阻变化情况,最终得到不同规格高温超导带材YBCO分别的最优焊接长度选择方案.     

第二代高温超导带材焊接及力学性能研究

第二代高温超导已进入产业化初期,尽管单根带材长度已达千米量级,但由于千米级单根带材生产成品率偏低以及大型超导装置对带材长度实际需求远超出单根长度制备能力,因此,焊接技术成为高温超导大规模应用的关键技术之一.接头电阻及其力学性能是评估焊接接头的重要技术指标.本文提出了改进型接头和“隐形”接头两种制作方法,并对其接头电阻以及力学性能进行了表征,同时与常规搭接接头进行了对比分析.结果发现,(1)与常规搭接头相比,改进型和“隐形”接头的厚度分别降低了15%和36%,有效减小了焊接头处和原带材厚度差异.(2)超导面-超导面焊接,获得接头电阻最小;接头电阻随接头长度的增加而减小,但幅度降低.(3)常规搭接头、改进型和“隐形”焊接头均具有良好的轴向抗拉性能,通过扭转和8天液氮浸泡后,临界电流无衰退,电阻保持一致.(4)改进型和“隐形”接头的临界弯曲直径(20 mm)与原带材(非接头处)相当,通过卷对卷传输法测试时接头无损伤,而常规搭接头的临界弯曲直径(40 mm)大于原带材,在通过卷对卷测试时,接头出现开裂甚至断开现象.根据具体应用场景,选择合适接头制作方式,对推动第二代高温超导产业化具有重要意义.     

高温超导带材通流能力测试平台的设计

高温超导带材通流能力I_c是带材应用时的重要性能指标,而不同的环境温度、会对I_c产生非常大的影响。为量化测定高温超导带材在不同温度环境下的性能,设计了一套可提供高温超导带材样品性能测试的装置。该装置可提供20~77K任意温度环境、0~1000A稳定通流能力的平台,为高温超导带材性能测试提供平台。     

高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接接头电阻研究

针对高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接问题进行了研究.利用ANSYS建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,仿真和计算分析了焊料材料、搭接长度和焊锡层厚度对接头电阻值的影响,并进行了实验验证.实验表明:可通过减少焊料厚度,增加焊接搭接长度来减少接头电阻,当焊接长度在2～5cm,焊料厚度为0.5mm时,Bi-2223/...     

高温超导涂层带材接头工艺研究进展

二代高温超导涂层带材因其具有较高的临界温度、临界电流密度和工程临界磁场,被认为是绕制下一代高场强超导磁体最具潜力的材料之一。带材接头对于磁体研制必不可少,其制作工艺和性能测试方法成为国内外许多研究机构的关注重点。文中综合目前高温超导涂层带材接头相关的研究进展和成果,对包括涂层带材的工业制备现状、带材接头焊接工艺、性能测试方法、仿真建模研究等几个方面进行了概述。     

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.     

第二代高温超导带材焊接技术研究

第二代高温超导带材(REBCO)接头技术对拓展带材应用,推进市场化进程有着重要意义。本文阐述了非超导焊接技术和超导焊接技术的焊接原理。总结了焊料焊接法制备的接头电阻受到焊接压力、焊接长度和焊接方式等因素的影响。全面梳理了熔融扩散焊接法制备超导接头所用的吸氧方式和超导层生长焊接法制备超导接头所受到的影响因素。     

高温超导带材的弯曲通流特性研究

高温超导带材的弯曲通流特性决定了超导线圈的临界电流大小。文中针对典型的铋系和钇系高温超导带材,设计了一套测量其弯曲通流能力的装置,研究了77K、自场下高温超导带材在不同弯曲直径下的临界电流,以及双面弯曲再拉直情况下临界电流的恢复特性,并对实验结果进行了分析。     

高温超导带材焊接接头电阻研究

针对高温超导一代Bi2223/Ag带材、二代YBCO带材的焊接问题,理论计算分析了搭接长度、焊锡层厚度对带材接头电阻的影响,并对焊接长度对接头电阻的影响进行了实验验证。实验结果表明:增加焊接搭接长度可以减小接头电阻,两种超导带材的接头电阻皆同焊接搭接长度成反比。当焊接长度在3—5cm,焊料厚度在微米量级时,Bi2223/Ag带材、YBCO带材各自之间的接头电阻在液氮温度下均可控制在10-8Ω左右,能够满足超导装置稳定运行的要求。     

高温超导带材接头焊接技术研究

焊接技术是高温超导带材实际应用中的关键技术,焊接温度、焊料、搭接长度等工艺环节对带材接头性能都有一定的影响.本文针对高温超导一代Bi2223/Ag带材和二代YBCO带材的接头焊接工艺进行了系统的实验研究,包括焊接温度对带材性能的影响、不同焊料及搭接长度对接头性能的影响等.实验结果表明:一代Bi2223/Ag高温超导带材在400℃焊接温度以内载流能力不会发生明显退化,而二代YBCO带材对温度较敏感,在200℃以上带材性能会出现明显退化;在Bi2223/Ag及YBCO带材各自的焊接温区内,不同焊料对带材接头性能有一定的影响,但液氮温度下接头电阻均能达到10-8Ω量级,其临界电流与带材短样相比无太大变化;两种超导带材的接头电阻均与焊接搭接长度成反比,适当增加焊接搭接长度可以减小接头电阻,提高带材接头性能.     

一种用于电阻型超导限流器新型结构的第二代高温超导带材

电阻型超导故障限流器(R-SFCL)结构简单、限流效果好等优点,在电力系统中具有广阔的应用前景.超导故障限流器的发展经历了实验级、配电级、输电级样机研制等阶段.随着超导限流器容量不断攀升,由于单根材料性能的限制,不可避免在系统中会采用大量的串并联方式.带材的临界电流和耐瞬态冲击能力决定着一个限流器在额定电流通流下和过流冲击下的并联支路数.带材的失超电阻决定着一个限流器在一定故障电流抑制率下的串联支路数.通过分析目前REBCO超导带材的参数和典型的限流器设计参数,发现了超导带材电流和耐过流冲击相差近3倍的关系.本文提出了一种宽的不锈钢封装窄的超导带结构,目的是让不锈钢的宽度与超导带材的宽度保持在3倍的关系,以贴合部分限流器的需求.经过测试,结果显示低成本新结构的超导带材瓶颈性能保有原结构带材的91.3%,成本下降一半,这对未来电阻型超导限流器成本的降低来说是一个非常好的选项.     

高温超导带材临界电流角度依赖性测量分析

第二代高温超导带材与第一代相比,有着载流能力强、交流损耗低、无需贵金属等优点,在超导电力应用中有广阔前景。高温超导带材临界电流在外磁场的影响下会发生衰减,超导带材临界电流的角度依赖性是超导电力装备设计必不可少的参数。实验选取温度50～77 K、磁场0～3.5 T、磁场角度0～360°区间,分别测量了上海超导、苏州新材料等厂家生产的市面主流第二代高温超导带材的临界电流,分析了不同背景磁场大小及角度下超导带材的各向异性。结果表明,各厂家生产的超导带材具有明显的各向异性。     

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。     

外场下机械振动对高温超导带材交流损耗的影响

高温超导带材在磁场中传输交变电流时,将受到电磁力的作用而产生机械振动,振动对带材的交流损耗将产生影响.本文讨论了振动情况下交流损耗的测量方法,在平行于带面的直流磁场下,测量了Bi-2223/Ag高温超导带材在不同振动情况下的交流损耗.结果显示:当传输电流频率偏离样品的共振频率时,振动对带材的交流损耗影响不大;只有当电流频率在共振频率附近时,样品产生剧烈振动,交流损耗才有明显的增加;另外,带材振动时的交流损耗随频率变化曲线的斜率比不振动时略有增加.     

高温超导变压器中带材临界电流随磁场变化的研究

通过自行设计的小型磁体产生稳态磁场,测量了高温超导带材在不同磁场下的临界电流,得到带材临界电流随外加磁场变化的曲线．并提出了高温超导变压器漏磁场优化设计的目标．     

国产MOCVD-YBCO带材高温超导线圈研制与磁场温度特性研究

超导磁体的场强与超导材料的载流能力、磁体口径和低温环境有密切关系.为了在中高温区域实现高磁场强度的超导磁体,采用国产第二代高温超导带材,成功绕制出内直径为100 mm的高温超导线圈.该超导线圈在77,65,55和46 K不同温区下进行了性能测试,其最大运行电流分别为65,147,257和338 A,对应的中心磁场强度分别为0.78,1.77,3.1和4.08 T.所研制的超导线圈的中平面上磁场基本一致.     

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.