一种新型高温超导方形线的制备及基础特性研究北大核心

为了减小外界磁场对超导带材性能的影响,一些新型结构例如堆叠、换位、扭绞等高温超导线被广泛研究,在此基础上,提出一种制备新型高温超导方形线的工艺且制备了若干新型超导方形线样品。首先,将宽度为4mm的高温超导带材分切为1mm宽的超导窄带,同时将数根超导窄带堆叠、焊接成一根超导方形线。为了验证工艺的可行性,制备了若干高温超导方形线样品并对其基本特性进行了研究。结果表明,两组样品的临界电流分别为170A与255A,且临界电流曲线呈现出良好的超导特性。从椭圆和薄带方程的理论模型分析,其自场损耗的测试结果与理论结果基本一致。另外,同时对超导方形线的弯曲直径和轴向张力进行了测试,表明,样品的最小弯曲直径与最大轴向张力分别为60mm和350N。高温超导方形线的这些特性基本可以满足在高温超导电力设备的应用中。     

高温超导方形线分块均一化H模型的数值研究

在对高温超导方形线的电磁特性进行有限元仿真时,针对方形线区域电流密度差异较大这一特征,在现有均一化技术的基础上提出了分块均一化方法,通过建立基于H方程的二维数值模型,从临界电流和交流损耗两个角度对其效果进行了评估,结果表明不同均一化模型得到的临界电流结果相近,但分块均一化模型得到的交流损耗结果具有更高的精度,验证了该方法的可行性,为后续方形线的三维复杂结构仿真提供了一种简化方法。     

一种超窄带高温超导滤波器的研制

本文介绍了一款工作于L波段的4阶超窄带高温超导滤波器,该滤波器相对带宽仅为0.5‰,插入损耗为0.3dB.给出了超窄带滤波器的拓扑结构、理论曲线、耦合矩阵、物理电路以及实际测试结果.采用蒸镀于2英寸0.5mm厚度的氧化镁(MgO)基片上的DyBa2Cu3O7双面高温超导薄膜制作,滤波器的测试曲线、模拟仿真、理论计算三者有很好的吻合,取得了较为理想的结果.     

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.     

一种混合高温超导磁体及其电磁特性研究

近年来,高温超导磁体由于载流能力高、磁场强等优点在磁悬浮列车、医疗成像、飞轮储能器等系统具有广阔的应用前景.在这些应用中,工作面上磁场越强,系统的性能越优.高温超导块材能够俘获强磁场,但因为尺寸的限制,其磁场发散区域小,在大气隙条件下工作面区域磁场弱.相比而言,高温超导线圈的尺寸不受限制,但其磁场会随着口径的增大而降低.因此,本文将高温超导线圈和块材结合,提出了一种结构紧凑、口径大、磁场强的混合高温超导磁体.同时,利用有限元仿真软件建立混合高温超导磁体的二维轴对称自洽模型并进行了实验验证,仿真计算了混合高温超导磁体的磁场分布以及不同温度下的临界电流和最大磁场强度.结果表明,混合高温超导磁体可显著增加工作面的磁场,相比于独立的高温超导线圈和高温超导块材最大磁场分别最小提升了102%和12%.另外,混合高温超导磁体工作面上的有效磁通相比于高温超导块材也提高了.     

二代高温超导带材的机械特性研究进展

以YBCO(YBa₂Cu₃O_7-δ)为代表的二代高温超导带材因具有高临界转变温度、高临界磁场和强载流能力,受到了国际学界高度关注,在各个领域具有广泛的应用前景.二代高温超导带材在绕制、冷却和运行过程中会受到不同来源的外力作用,且超导带材的韧性、延展性较差,因此其机械性能是影响安全性与设备运行可靠性的关键.本文基于二代超导带材各向异性的特点,对超导带材轴向、横向、弯曲三个方向的静态机械性能及疲劳性能进行了介绍.同时,也对超导带材各方向机械性能的测试方法、影响因素及机理进行了总结.     

二代高温超导带材的机械特性研究进展

以 YBCO(YBa2Cu3 O7 -δ ) 为代表的二代高温超导带材因具有高临界转变温度、 高临界磁场和强载流能力,受到了国际学界高度关注, 在各个领域具有广泛的应用前景. 二代高温超导带材在绕制、 冷却和运行过程中会受到不同来源的外力作用, 且超导带材的韧性、 延展性较差, 因此其机械性能是影响安全性与设备运行可靠性的关键.本文基于二代超导带材各向异性的特点, 对超导带材轴向、 横向、 弯曲三个方向的静态机械性能及疲劳性能进行了介绍. 同时, 也对超导带材各方向机械性能的测试方法、 影响因素及机理进行了总结     

双根扭绞高温超导方形细线的交流损耗特性研究

在超导电力工程实际应用中,如何提高超导线材的载流能力和机械性能,有效降低交流损耗及磁场依赖性,都是相关研究领域的持续热点。通过优化高温超导方形细线的并联结构,制成双根扭绞超导线材就是其中的有益探索。采用电测法,在77 K和零外场条件下,对双根扭绞超导线材样品分别测试不同频率下的交流损耗,再分别测试固定频率时不同扭绞节距下的交流损耗,对实验结果进行对比分析,表明堆叠扭绞操作可以减少双根结构线缆通流时每根方形线所产生磁场对彼此之间的影响,减小线材交流损耗。课题研究验证了方形细线可以通过有效扭绞提升相关性能,为其后续工程应用提供了良好的数据支撑和实验基础。     

高温超导线饼电感的数值计算方法研究

随着高温超导材料技术的进步,高温超导磁体的研究也成为研究的重点对象。鉴于其零电阻、高电流密度等相对于常规导体磁体所不具备的优点,高温超导磁体在电力工业中储能系统、电机、变压器、限流器等电气装置中也有重要的应用意义。饼绕超导磁体的核心即超导线圈绕制而成的线饼,而超导磁储能系统的动态过程则是围绕着磁体的电感充电与放电开展,因此对高温超导磁体内部线饼的电感及互感耦合的分析显得极为重要。文中在单个线饼的基础上,首先介绍了高温超导线饼的结构,提出计算线饼自感及互感参数的若干数值算法及有限元仿真方法,并结合实际测量数值,对高温超导线饼自感及互感参数进行了对比分析;接着对低温相比常温下线饼电感数值下降的情况进行了简单的原因分析。     

Magnetoresistance calculations for a quantum wire with periodically modulated width

We present numerical calculations of the magnetoresistance in a ballistic quantum wire with periodically modulated width. Surprisingly, the negative magnetoresistance peak is found to persist to a field strength which is two orders of magnitude larger than in single quantum dots. In the weakB-field regime, our results are in good agreement with recent experiments. We argue that the wide peak is due to multiple backscattering among the segments of the wire, leading to a novel weak localization effect.     

窄带高温超导滤波器的研制

介绍了S波段窄带高温超导滤波器的设计过程,采用仿真建模和拓扑结构优化关键技术,在不需调谐的情况下,研制成功中心频率2.1GHz,带宽6MHz,群延时起伏在4.3MHz(71.7%带宽)内达到了18.321ns,插入损耗小于0.5dB,带边陡度大于17dB/MHz,驻波比优于1.5的高温超导滤波器,有利于器件的工程化应用。     

一种新式单倾角高温超导磁悬浮车永磁道岔设计

高温超导(HTS)磁悬浮列车是下一代新型磁悬浮交通工具的备选方案之一。非接触轮轨系统使得轨道道岔面临诸多问题。给出了一种单倾角永磁体结构的新型机械永磁道岔结构。在使用单倾角永磁体装配永磁道岔时,两相邻永磁体之间的楔形缝隙用于调整永磁轨道在水平面上的曲率,以适应磁悬浮车变道目的。成功推导出了单倾角永磁体的几何尺寸、倾角大小和永磁道岔最小转弯半径之间的关系数学表达式并通过仿真计算进行了初步验证。计算结果表明,当永磁道岔换轨时,这种微小的差别不足于影响高温超导磁悬浮车的运行稳定性。     

高温超导组合滤波器的研制

为满足射电天文观测接收系统的工程应用,在高温超导带通滤波器频段(1.2GHz-5GHz)内要求实现部分频段(1.8 GHz-2.6GHz)带阻滤波功能。采用带通滤波器和带阻滤波器串联组合的集成化设计方法,通过折叠微带线、终端短路等方式对滤波器进行小型化设计。通过理论计算和模拟仿真,最终设计并制作出符合指标要求的高温超导组合滤波器,测试结果与仿真计算一致,满足工程应用需求。     

To reconstruct a square and a square hole with approximate dimensions

Using unit cell of smaller edge lengths to calculate the initial phases can reduce the size of the initial image.     

1MJ高温超导储能-限流磁体的电磁优化设计

超导磁体是超导储能-限流系统(SMES-FCL)中最为核心的部件,它运行于复杂电磁环境中,电磁设计是整个磁体设计中最为重要的环节。文中结合1G和2G高温超导带材的电磁特性,采用两种带材混合绕制磁体的技术方案,运用有限元方法(FEM)对1MJ高温超导磁体的电磁结构和特性进行仿真分析和研究。经过仿真与优化,综合带材用量、制冷成本和运行成本以及在脉冲和限流等极端情况下所需安全裕度等多种因素,完成磁体的电磁优化设计。     

高温超导电缆终端恒温器研制

高温超导电缆终端恒温器是高温超导电缆终端系统的重要组成部分,其长期可靠稳定的运行将为整个系统的良好运转奠定坚实基础.文中对成功研制的高温超导电缆终端恒温器进行了详细介绍,包括技术指标及相关要求、总体结构、关键技术、热负荷分析与计算等.试验表明,高温超导电缆终端恒温器结构设计合理、操作方便;大口径可拆法兰低温真空压力环境下的密封技术得到突破、密封性能良好;低温液体输送管道承插密封结构设计新颖、满足工作要求.热负荷的分析与计算为高温超导电缆制冷系统所需冷量的确定提供了依据,同时也为终端恒温器的进一步优化指明了方向.