一种高温超导材料临界电流密度测试的方法

临界电流密度(J_c)是超导材料的重要特征参数之一,精确的测量临界电流密度对研究超导材料特性及超导器件稳定性具有重要意义.本文介绍了一种基于经典电磁感应理论和超导技术理论测量YBCO超导薄膜临界电流密度的方法和测试装置.研究显示,在液氮环境下,将超导薄膜加入初级线圈和次级线圈中间会明显影响次级线圈的接收效果.我们根据此测量方法搭建了一种测量YBCO薄膜临界电流密度的实验装置.在分析实验测量误差后,通过实验的对比,得到了加入超导薄膜对次级线圈的感应电压的影响,并分析感应电压与线圈互感之间的关系,从而算出超导薄膜的临界电流密度.实验通过噪声抑制和数据校正,准确地测量了超导薄膜的临界电流密度.     

空芯大气隙高温超导直线电机电磁力实验研究

直线电机是一种无需中间传动装置而直接将电磁力转换为线性运动的特种电机,在交通运输领域具有广泛的应用前景.将高温超导技术与电机理论相结合,能够有效利用超导材料的强载流能力与高场特性提高直线电机的输出能力.本文提出了一种应用于超导磁悬浮列车牵引的空芯高温超导直线电机,首先建立空芯高温超导直线电机的二维有限元模型对电机结构参数进行初步探索,并完成了超导直线电机样机的设计与制作.通过搭建实验测试平台完成了空芯高温超导直线电机定子磁场和电磁力的实验测试.有限元计算结果与实验数据有较好的一致性,验证了模型的有效性,并利用该模型研究了定子电流,超导线圈电流以及电机气隙对电机推进力输出的影响.本文的相关成果将促进超高速磁浮交通领域关键驱动技术的研究与发展.     

EMuS超导俘获线圈样机模型线圈的研制及测试

为了验证覆铝卢瑟福超导线缆的绕制工艺，在实验型μ子源(EMuS)超导俘获线圈样机正式生产前，须完成截面相同的300 mm短样模型线圈的研制和测试。本文介绍了EMuS超导俘获线圈样机模型线圈绕制生产线搭建、线圈绕制、线圈装配和VPI等工艺流程，并对VPI后的模型线圈进行了切割取样和测试，结果表明：模型线圈切片的线缆排列整齐、紧密，无气孔、干绝缘等缺陷；绝缘的电学性能和机械强度满足设计要求，模型线圈的绕制工艺满足EMuS超导俘获线圈样机制造的工程需求。     

μ子源超导俘获线圈测试杜瓦设计与校核

根据高μ子源超导俘获线圈整体测试系统的要求,设计了μ子源超导俘获线圈测试杜瓦系统.包含液氦杜瓦、真空杜瓦及绝热冷屏,采用Solidworks软件对测试杜瓦系统进行3D建模.通过对绝热冷屏统进行了详细的传热学计算,绝热冷屏的可以满足μ子源超导俘获线圈测试过程的漏热需求;根据μ子源超导俘获线圈测试实际工况,对真空杜瓦和液氦杜瓦进行了Ansys有限元软件分析与校核,得到杜瓦详细的应力及变形结果,分析表明,测试杜瓦的设计较为合理,可以作为工程设计的理论计算依据     

缺陷条件下高温超导直流线圈稳定性研究

在高温超导带材生产及线圈制作的过程中,会不可避免的存在缺陷。缺陷区域的带材性能退化,表现为临界电流Ic与n值下降;极端情况下超导结构被完全破坏,呈现出非超导的阻性区。线圈工作时在阻性区会出现焦耳热,若热量不能有效地传出,温度会持续上升直到带材烧毁出现失超事故。在假设线圈退化情况的条件下,利用有限元仿真的方法,对不同热环境下带材退化对线圈温度的影响进行了研究,得出了不同热环境与区域退化下线圈的最大稳定工作电流。     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与分析

阐述了飞轮储能系统的基本结构,利用有限元分析软件ANSYS进行仿真分析,搭建模型进行磁悬浮力计算,并研究系统超导块与永磁体之间的间隙和半径等尺寸参数的改变对超导磁悬浮力大小的影响。在完成上述工作后,在原悬浮系统的基础上,在超导块外侧加上线圈,并分析线圈中所加电流密度大小的不同对超导磁悬浮力的影响。     

一种铁基超导带材交流损耗的测量

近年来铁基超导材料的发现掀起了又一轮新型超导材料研究的热潮,各种配方的铁基超导材料不断被制备出来,转变温度也不断提高,中国科学家在该领域取得了十分突出的成果,制备出了多种铁基超导材料,但对其交流损耗特性研究鲜有报道,而实际应用中交流损耗的特性又十分重要,因此搭建了一套采用探测线圈法的交流损耗测量平台,测试了一种中国科学院电工研究所采用PIT工艺制作的单芯铁基超导带材的交流损耗。该文介绍了采用探测线圈法测量超导材料交流损耗的一种测量平台的搭建与标定,以及采用标定过的测量平台在液氦温度下测量的一种采用PIT工艺制作的单芯铁基超导带材的交流损耗;并与计算得到的铁基带材超导芯的磁滞损耗和包套的涡流损耗进行了比较分析,得出了其交流损耗与背景磁场频率成正比,其涡流损耗可以忽略的结论。     

聚变堆用堆叠型REBCO超导股线的交流损耗特性研究

制备了一种面向聚变堆磁体用的堆叠型REBCO超导股线，采用电测法，用锁相放大器及数字采集卡对液氮环境下该种超导股线的传输损耗进行了测量。基于H公式对股线传输损耗进行了有限元模拟，并与实验值、理论值进行了对比，工频下不同加载电流幅值下实验值与仿真值的平均差异为16.2%,验证了实验结果，为进一步研究更复杂情况下堆叠型REBCO超导股线的交流损耗提供了参考。     

一种多通道超导测试系统的设计与实现

为了实现对超导带材和超导电力装置的电压、电流、温度等信号的快速精确测量,设计了一种超导测试系统的方案并进行了实验验证。该测试方案是根据超导电力实验特点,并基于系统开关、数字万用表和电源等现有仪器,在虚拟仪器环境下,实现了超导体多路测试量的实时采集与远程监控。实验结果表明,该测试系统可以快速准确探测电气信号,为超导体的交流损耗、稳定性裕度等测量提供可靠的前提条件。     

磁屏蔽型超导限流器电气建模与应用研究

超导限流器被认为是理想的电力系统短路电流限制手段.主要针对磁屏蔽型超导限流器的电气特性进行系统性的建模研究.首先,基于限流器工作原理和超导材料的特殊电测特性,在PSCAD/EMTDC仿真平台中对磁屏蔽型超导限流器进行了数值模型和电路模型的搭建.随后通过实验室级限流器样机短路实验对仿真模型的可靠性进行了验证,并基于模型完...     

10 kV三相同轴高温超导电缆力学性能分析

针对电缆示范工程的并网实验要求，以10 kV/1 kA三相同轴高温超导电缆为研究对象，重点研究了超导电缆的弯曲力学特性。运用了有限元分析软件建立其三维模型，模拟超导电缆受到不同弯曲半径下的应力和应变分布，再结合临界电流密度，计算出临界电流。在此基础上，对电缆样件进行弯曲实验，测量出不同弯曲半径下的临界电流。研究结果表明，该力学模型可以准确得出超导电缆的临界弯曲半径，有效保障电缆运行的安全性与稳定性。     

基于ANSYS的高温超导混合磁轴承悬浮力分析

基于商用电磁场有限元软件ANSYS以及Bean临界态模型,对由圆柱形高温超导块材、永磁体和超导线圈组成的新型高温超导混合磁轴承的电磁场分布及悬浮力进行了仿真分析,研究了超导线圈对高温超导混合磁轴承悬浮力的影响,同时还通过实验测试了悬浮力。结果表明:仿真与实验具有较好的一致性,使用软件仿真方便可行,其结果较为准确可靠,可为高温超导混合磁轴承的设计和优化提供理论依据。     

先进超导导体测试装置设计分析

针对聚变工程大型超导导体样品在高场下的性能测试需求,设计了内径0.6m、磁场13T的背景磁体系统。磁体系统由6层12个分离式超导线圈组成,线圈采用常规的螺线管结构,由外至内分别使用NbTi、Nb₃Sn和YBCO三种超导材料绕制而成;在直径500mm的测试区域范围内产生最高达13.22T的背景磁场,均匀性不低于95%。介绍了磁体线圈主要设计参数,用有限元软件完成电磁、结构分析。结果表明,设计合理可靠,能够满足导体测试装置的需求。     

超导无线充电系统中线圈偏移的研究

相比有线充电系统,电动汽车的无线充电系统具有安全性高、便捷性好等优点。在实际应用中,充电系统的发射线圈和接收线圈难免会发生偏移,从而影响汽车蓄电池的正常充电。另外,高温超导因其高载流密度和低损耗的特点被引入无线充电系统中。基于此,通过采用高温超导线圈取代传统无线充电中的发射线圈,搭建无线充电系统,实验研究了发射、接收线圈偏移对负载电压的影响。通过理论计算和实验结果的对比,验证了互感模型理论同样适合超导无线充电系统,为进一步的研究提供了分析参考依据。     

直流磁化测量中样品长度修正因数的分析

本文基于磁化电流在空间中磁场分布的计算,对不同长度的超导样品在测量线圈中真正排磁通作了分析,导出简单、明瞭的由检测线圈参数和样品长度所决定的修正因数。并将BiPbSrCaCuO高温单相样品截成不同长度,进行实验验证,实验结果与本文中的分析符合得较好。为小截面超导样品绝对抗磁矩的测量和计算提供了一种准确的分析方法。 关键词：     

CFETR中心螺线管超导模型线圈预紧机构的优化设计及分析

介绍了中国聚变工程实验反应堆(CFETR)中心螺线管(CS)超导模型线圈，其主要包括Nb₃Sn线圈、NbTi线圈、预紧机构、缓冲区、接头、接头支撑、冷却氦管和氦管支撑等部件。CS模型线圈预紧机构由15个预紧梁、30根预紧杆和支撑板组成。在室温下对预紧机构施加75MN的预紧力，基于ANSYS的电磁分析及优化设计模块进行了预紧机构优化设计和力学分析。力学分析结果表明，预紧机构满足使用要求。     

基于网络分析仪的3D Transmon相干测量方法

3D Transmon是目前已知退相干时间较长的一种超导量子比特,在超导量子计算、量子光学、腔量子电动力学等方面具有重要的应用.拉比振荡是表征量子系统退相干时间的重要方法,也是体现量子系统能够进行能级演化的基本实验.对3D Transmon进行拉比振荡测试,需要进行严格的时序控制,测试调试的过程较为繁琐.本文制备了3D Transmon样品,对其基本参数进行了测试表征,创新性地提出了一种基于网络分析仪的拉比振荡测试方法,基于该方法的测试系统搭建简单,可作为迅速验证3D Transmon是否具备量子特性的一种手段,该方法也可推广至其他量子系统进行时域特性的初步验证.     

数字图像相关方法在板载芯片封装热变形测量中的应用

针对板载芯片封装结构中由于各层材料热膨胀系数的差异引起的热失配现象,利用数字图像相关方法对板载芯片封装结构在热载荷下的表面热变形分布进行实验测量,并比较了不同封装配置对结构热变形的影响.建立了适于求解结构表面热变形分布的理论模型,利用实验结果和有限元模拟验证了理论模型.同时表明了实验方法的有效性和可行性,为微机电系统器件设计提供了有益的参考.     

极端低/变温环境下光纤布拉格光栅温度传感性能研究

将光纤布拉格光栅(FBG)传感器封装于特定的增敏材料中来提高低温灵敏度，在极端低/变温环境中开展了不同增敏工艺的FBG温度传感器实验研究。结果表明：采用合适增敏工艺的FBG温度传感器可用于极端环境(<77 K)的温度检测。     

超导直流能源管道本体结构比较研究

超导直流能源管道本体是实现电力/液化天然气一体化输送的关键部件,承担着能源输送、高效热耦合和主动安全防御等功能。对超导直流能源管道原理验证样机进行了实验测试和仿真分析,获得了稳态运行时的管道沿程温度分布,其中出口温度测量值为95.5 K,仿真计算值为95.18 K。沿程温度分布仿真值和测量值偏差不超过1%,验证了仿真模型的正确性和仿真方法的有效性。基于实验验证的仿真模型和方法,对四种典型的能源管道本体结构进行了仿真分析。对比不同管道结构的温度场和流场仿真结果,获得了各种管道结构的特点,为超导直流能源管道的设计和优化提供了理论指导。