高温超导储能监控系统的设计与实验验证

根据高温超导储能系统(SMES)的结构特点和运行要求,设计了一套超导储能监控系统,并联合SMES其他部分进行了动模实验.该监控系统基于智能仪表、虚拟仪器及PXI总线技术,实现了SMES系统的电压、电流、功率和温度等一系列参数的实时检测和各个子系统的协调控制,进行了降温实验、临界电流测试和动模实验等实验.实验结果表明,监控系统能对SMES系统进行良好的监测和控制,满足预定的系统功能.     

基于超导储能脉冲变压器的多模块脉冲电源设计

为了探索一种更加紧凑的导轨型电磁推进基础实验用脉冲电源,以实验室现有高温超导储能脉冲变压器为单元模型,在单谐振电路脉冲成形方案的基础上,设计了环形结构的多模块脉冲电源,分析了环形结构中考虑互感的多模脉冲电源电路的充放电过程。通过对八模块环形结构脉冲电源进行仿真分析,得到了接近150kA的电流脉冲,原边电压限制13kV左右。可以得出,利用单谐振电路的多模块超导储能脉冲变压器并联放电方式,可以实现大电流脉冲的输出的要求,而且环形结构中各线圈存在的互感更有利于多模块脉冲电源。     

二维应变作用下超导薄膜LiFeAs的磁性和电子性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维应变作用下LiFeAs超导薄膜的磁性结构、电子能带和态密度变化,分析了应变对其超导电性的作用.结果显示,对体系施加1%—6%的二维平面张、压应变均不改变其基态条形反铁磁性结构,费米面附近的电子态密度主要来自于Fe-3d轨道电子以及少量的As-4p电子.研究发现,与无应变情形相比,当施加压应变时,体系中Fe离子的反平行的电子自旋局域磁矩减小,薄膜反铁磁性受到抑制,费米面上电子态密度增加,超导电性来自于以反铁磁超交换耦合作用为媒介的空穴型费米面和电子型费米面间嵌套的Cooper电子对.而在张应变作用时,局域反铁磁性增强,费米面上电子态密度减小,金属性减弱,特别是张应变时费米面上空穴型能带消失, Cooper电子对出现概率显著降低,将抑制超导相变.     

螺旋形超导带材的直流冲击实验研究

基于超导直流电缆应用,针对第二代高温超导带材Re BCO开展了直流冲击实验。首先,通过改变冲击条件(冲击电流大小和持续时间)得到带材的耐直流冲击特性,确定可保证带材性能完好的最大冲击电流幅值(安全电流)及其相应冲击时间。随后,针对实际电缆中超导带材是以螺旋形态缠绕于支撑管上,设计实验研究超导带材螺旋角和螺旋直径对其临界电流和耐冲击特性的影响规律,发现带材所能承受的最大冲击电流幅值随冲击作用时长的增加而逐渐下降、过大的螺旋角和过小的螺旋直径均会对带材造成损伤,影响其通流能力。上述研究结果为电缆的后续设计和制造提供了必要的参考依据。     

小型超导电源系统退磁保护回路建模与仿真

计算了采用二极管等效电压源模型和等效电阻模型的退磁回路电流响应和二极管功耗,分析了两个模型的特点和差异,在此基础上,为了进一步提高精度,充分考虑了二极管的非线性特性,以实际二极管伏安特性进行曲线拟合建立函数关系式得到二极管非线性模型,代入回路方程并求解。综合对比各模型的仿真结果后,得出采用二极管非线性模型和等效电压源模型能更好地模拟退磁保护响应。     

半波长超导共面波导谐振腔传输及温度特性研究

超导共面波导谐振腔主要包括四分之一波长型和半波长型.本文对半波长超导共面波导谐振腔使用并联RLC电路进行等效分析,使用sonnet软件进行仿真其传输特性,通过电子束蒸发和激光直写等工艺制备出样品,在低温超导状态下使用矢量网络分析仪对其传输特性进行测量,以及通过持续降温方式研究其传输特性受温度的影响.实验表明:测得的谐振频率和外部品质因数与设计值吻合;谐振频率受动态电感的影响随温度降低而升高;外部品质因数随温度降低而保持基本不变;内部品质因先受导体损耗的影响随温度降低而急剧升高,当温度降低至一定温度后内部品质因数受介电损耗的影响随温度降低而保持基本不变;总品质因数在温度较高时主要来自于导体损耗,在温度较低时主要来自于介电损耗和外部品质因数,随温度的变化趋势和内部品质因数一致.     

基于RBF-PID的超导变压器励磁电源控制系统研究

超导导体测量装置中的超导变压器由于次级线圈接头电阻的损耗会引起次级电流的衰减,为了克服次级电流衰减的影响,改善超导变压器的输出性能.对超导变压器原理进行分析,建立超导变压器数学模型,采用一种基于RBF-PID算法对超导变压器励磁电源进行控制.在MATLAB/Simulink中搭建超导变压器控制系统仿真模型,结果表明,与传统PID控制系统相比,RBF-PID控制系统的响应速度更快,超调量更小,鲁棒性能更好.     

过电流状态下超导直流电缆温度分布与电流分布

针对处于过电流状态的单液氮流道超导直流电缆和双液氮流道超导直流电缆,在MATLAB中建立超导电缆在过电流状态下的YBCO层、金属层和铜骨架的并联电阻模型。同时在COMSOL中建立固体传热模型,通过程序调用实现COMSOL和MATLAB的联合仿真,计算出电流分布和温度分布。在COMSOL中建立流固共轭传热模型,利用联合仿真的数据计算两种结构的电缆在不同电流下的温度分布,并分析铜骨架半径和液氮流速对电缆温度分布的影响。     

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分别采用机械打磨去镍加热镀锡工艺和反电镀去镍加电刷镀银工艺制作一对接头,然后对接头进行低温直流测试,测得前者的直流电阻为1.98n-,后者的直流电阻为1.53n-。对比分析可知,反电镀去镍和电镀银工艺更有效、更简单。这些工艺研究对ITER校正场线圈超导接头的制作具有重要指导意义。     

1．5GHz锯材超导腔的研制

介绍铌材超导腔的研制进展，重点讨论了国产铌腔的材料改性，以及相应的超导腔性能的改进．叙述了１．５ＧＨｚ铌腔的腔形设计，分析了铌材的射频性能和机械性能，制定了铌腔制作与后处理的特定工艺．最后给出了１．５ＧＨｚ铌材超导腔的低温实验结果．