基于COMSOL的超导带材交流损耗仿真分析

推导了求解交流损耗H方程法的数值计算公式,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件PDE模块建立单根超导带材仿真模型,并介绍模型参数、网格剖分和物理场设置等流程和细节,系统分析不同幅值交流传输电流下的磁场分布和交流损耗.仿真结果显示,磁场强度较大的位置在超导带材的两端,并向中间区域逐渐减小.随着通入交流...     

Bi系带材交流损耗测量的实验研究

超导带材交流损耗的测量是判断带材性能好坏的重要手段,也能为研究超导带材的交流损耗机理提供很好的方法. 文章介绍了采用传输电流法测量交流损耗的基本原理和要解决的技术难点,并详细讨论了采用不同的比较信号对测量结果的影响,指出利用超导体的零电阻特性,在小电流I(I相似文献   

不同温区下准各向同性超导股线传输损耗研究

对第二代高温超导带材堆叠的准各向同性高温超导股线进行仿真，研究其在不同温区下的交流损耗。首先采用自洽模型获得20 K至77.5 K下超导股线的自场临界电流和磁场分布，然后通过T-A算法计算超导股线在不同温区下的传输不同幅值、频率的传输交流损耗。仿真结果表明，准各向同性高温超导股线在不同温区下的传输交流损耗与传输电流大小成正比，且温度越低传输交流损耗越大；不同温区下超导股线的传输损耗与频率无关。这对准各向同性超导股线应用于高场强磁体的冷却系统效率及热负荷的预估具有重要的参考意义。     

Bi系高温超导带材交流传输损耗的研究和分析

本文研究了Bi-2223高温超导带材的交流传输损耗和频率及运行电流的关系, 调查了热循环过程对交流传输损耗的影响. 实验中, 使用了Lock-in 放大器, 利用四引线法来测量带材交流传输损耗. 实验在温度为77K频率从45Hz到135Hz下进行. 在调查损耗和频率及运行电流的关系时, 发现在运行电流幅值小于临界电流时, 每周传输损耗和频率无关, 说明这时的损耗主要来源于磁滞损耗, 实验结果和Norris椭圆模型的计算结果很接近. 在研究交流传输损耗和热循环的关系时, 发现随着冷热循环次数的增加, 交流损耗也在增加. 这种损耗的增加来源于冷热循环过程中产生的应力, 这种应力的释放减弱了晶粒间的Josephson连接, 使临界电流下降, 从而造成了交流传输损耗的增加.     

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。     

基于改进电测法的Bi-2223/Ag高温超导带的交流损耗研究

研究了B i-2223/Ag高温超导带材的交流传输损耗与频率及运行电流的关系。采用锁相放大器激励,内参考方式,首先对纯阻性相位进行定标的改良电测法,对带材的交流传输损耗进行测量。实验在温度77K,频率45-200Hz的范围内进行。实验结果显示:当运行电流幅值小于临界电流时,传输损耗与电流的关系式(P-In)中,指数n介于2-3之间,说明这时的损耗除来源于磁滞损耗外,涡流损耗的作用也不可忽略。鉴于电测法测得的交流损耗与Norris模型的理论计算值差别较大,分析了这种差别产生的原因,并与另一种B i系高温超导带的交流损耗情况进行了对比;此外还对实验误差的大小进行了理论估测。     

高温超导方形细线的交流损耗特性研究

当前超导电缆能否实现大规模应用还面临着多项关键技术问题,进一步改进超导电缆的结构和绕制技术、进一步降低交流损耗就是其中的两个方面。将多根高温超导方形细线(Soldered-Stacked-Square HTS wire)通过并联形成一根双根结构的高温超导缆线,采用电测量法,在77 K、零外场及不同频率条件下,对高温超导方形细线通以不同运行电流时产生的交流传输损耗进行测量,可以获得双根高温超导方形细线的交流损耗与传输电流频率之间的关系,结果表明两者无关,并且超导方形细线的双根并联结构对减小线材的交流损耗能够产生一定影响。     

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。     

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。     

交变磁场作用下高温超导体温度变化研究

高温超导体在交变的磁场作用下,由于磁通的运动引起能量损耗,损耗的能量一部分通过超导体表面传递到冷却剂中,另一部分将使得超导体的温度升高。文中用数值的方法研究了外加磁场速度在0.0005T/s—5T/s变化情况下超导体的温度变化;当外磁场的速度由小到大变化时,超导板的状态会发生从稳定→不稳定(磁通跳跃)→稳定的变化;慢变磁场作用下超导体的温度在接近冷却剂温度的温区作微幅的周期性变化,当外加磁场速度比较大时,超导体发生磁通跳跃,温度也呈跳跃性变化,进一步加大外磁场速度,磁通和温度呈准周期的振荡型变化,而且振荡幅值随外磁场速度的增加逐渐减小,最后振荡消失,超导体在更高的温区稳定运行,温度呈周期性变化。     

适用于电阻型超导限流器的超导带材选取与实验研究

电阻型超导限流器主要利用超导带材在失超后的电阻抑制故障电流值,目前一般采用不锈钢加强的ReBCO超导材料。由于涂层导体的银、铜稳定层对其电阻率的影响较大,尤其在低温段的影响尤为显著,成为影响超导带材在电流冲击后响应过程的主要因素。实验表明,超导带材可承载的冲击电流幅值随持续时间延长而迅速降低,不锈钢加强层厚度的增大有利于超导带材耐冲击电流水平的增加。因此,交流超导限流器应适当选用加强层较厚的超导带材,而直流超导限流器应选择具有铜稳定层及适当减小不锈钢加强层厚度的超导带材。     

具有不同临界电流的Bi2223/Ag多芯超导带材的自场损耗和交流电流电压特性

对具有不同临界电流的Ｂｉ２２２３／Ａｇ多芯超导材的交流电流电压特性进行了测量和评价,当传输电流的有效值Ｉｎｎｓ小于临界电流Ｉｃ时,交流电压的大小与传输电流的频率成正比;但Ｉｎｎｓ接近临界电流时,不同频率所对应的交流电压的大小之间的差别减小了,所有的曲线都汇聚成一条曲线,传输电流的频率分别为４０Ｈｚ,６０Ｈｚ,８０Ｈｚ,２００Ｈｚ及３００Ｈｚ时,我们测量了交变传输电流在Ｂｉ２２２３／Ａｇ带材中产生的自场损耗。结果表明当传输电流的频率较低时,实验结果与基于Ｂｅａｎ模型的Ｎｏｒｒｉｓ方程预期的结果一致;另外,实验结果表明存在一个电流Ｉ′,它的值小于任何一个样品的临界电流,本实验中Ｉ′的值是１０安培,在传输相同大小的电流Ｉｎｎ且Ｉｎｎｓ〈Ｉ′时,Ｂｏｉ２２２３／Ａｇ带材的交流损耗与它的临界电流成正比;但当Ｉｎｎｓ〉Ｉ′     

直流背场下高温超导带材临界电流及n值的分析

本文在77 K温度下,采用四引线法就超导带材,分别在0～100 mT不同的外界磁场强度和0～90°不同的磁场方向下进行测量,分析第二代高温超导带材的临界电流和n值对直流背景磁场的依赖性。结果表明,随着外界磁场强度的增大,超导带材的临界电流逐渐衰减,当磁场由0°平行方向转向90°垂直方向的过程中,临界电流逐渐衰减,且衰减逐渐严重;随着磁场强度的增大,超导带材的n值减小;随着磁场与带材夹角由0°变为90°,超导带材的n值不断减小,但减小的程度逐渐缓慢。     

MgB2超导圆线基底交流损耗的计算分析

二硼化镁(MgB2)超导体在非铜氧化物陶瓷超导体中具有最高临界转变温度,给超导应用带来了新的契机.铁与镁不反应,且价格低廉,在需要热处理的超导成材工艺中,常常采用铁作MgB2的基底;然而,这种高磁导率的材料有可能增大基底的损耗.本文采用有限元分析软件ANSYS计算了工频下不同材料基底超导圆线传输交流的基底损耗,分析了基底损耗与电流大小、基底厚度之间的关系,对双层基底的损耗也进行了研究.本文的结果对于适当选取截面尺寸、基底材料和工作电流以期减小交流损耗,具有一定参考意义.     

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.     

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。     

磁悬浮系统中多芯复合Nb3Sn超导线磁通跳跃的可调性研究

超导磁悬浮列车在加速启动的过程中,载有恒定大电流的超导线圈处在变化的磁场中,这会导致超导线圈发生磁通跳跃,从而降低线圈的载流能力.并且磁通跳跃会产生大量热量而使超导线圈温度急剧升高,严重时会导致超导线圈失超,所以对磁通跳跃的研究具有非常重要的科学意义.Nb₃Sn超导线是由多根微米级的超导芯丝、铜和环氧树脂形成的复合结构.本文通过约束每根芯丝的静电流为零的二维模型来分析三维绞扭效应,研究了超导线在交变磁场和恒定电流下的磁热不稳定性行为.通过分析交变磁场的幅值和频率对Nb3Sn超导线磁通跳跃的影响,发现当磁场幅值不变时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随频率非单调变化.而当频率一定时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随交变磁场幅值单调变化.此外,随着幅值的减小,发生磁通跳跃的频率区间先变大后变小,直到某个临界频率后超导线不再发生磁通跳跃.本文的研究结果能够为调控超导线的磁热不稳定性行为提供理论依据.     

不同几何参数的Bi-2223带材在外磁场中的耦合时间常数分析

随着高温超导技术的发展,超导材料的损耗成为制约其大规模应用的一个重要因素。目前已开展了许多关于Bi-2223带材交流损耗的研究。在应用过程中,外场下的交流损耗是影响超导电力设备运行的极为重要的部分。利用交流磁化率测量装置,测量出Bi-2223带材在平行场和垂直场下的交流磁化率,然后通过计算得到Bi-2223带材在平行场和垂直场下的交流损耗。分析了在平行和垂直外场下,Bi-2223带的耦合损耗时间常数与宽厚比的关系,以及不同宽厚比带材的交流损耗和频率之间的关系。研究发现平行场下,耦合损耗时间常数随宽厚比的增加而增加。而在垂直场下耦合损耗时间常数随宽厚比的增加而减小。     

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。     

CICC导体交流损耗数字模拟研究

C ICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体,它运行在大电流和磁场快速变化的环境中,磁通进出超导体以及外界磁场的变化会产生交流损耗,而交流损耗对C ICC超导体稳定性运行有很大的影响,这样开展C ICC超导体交流损耗的研究就显得非常重要。因此,文中针对C ICC导体运行条件和几何结构,提出交流损耗数字模拟的想法,并将数字模拟结果与工程计算值进行了比较和分析,二者基本吻合。