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     

应用于高速轮轨交通的高温超导同步直线电机研究

为实现高速铁路列车突破600km/h的速度极限,本文提出了一种与现有轮轨交通兼容的高温超导同步直线电机方案,并通过有限元方法建立了高温超导同步直线电机的仿真模型.设计并制作了小型实验样机,其定子由三相铜绕组与硅钢材质的铁轭构成,使用二代高温超导材料YBCO带材绕制车载磁体.通过实验方法验证了模型的有效性,并用该模型研究了高温超导线圈回路电流、线圈匝数和气隙对电机推进力和法向力等电磁力特性的影响规律.本文的研究结果为高温超导同步直线电机在轮轨交通领域中的应用提供了可行性依据.     

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.     

高温超导高速磁浮交通系统悬浮导向与牵引方案研究

本文提出了一种全高温超导高速磁悬浮交通技术模式,该技术模式采用高温超导钉扎悬浮导向和高温超导直线电机牵引,具有高速运行、静态悬浮和动态自稳定悬浮导向三大特征.根据5编组时速500公里磁悬浮列车的运行要求和工况,本文对高温超导钉扎悬浮导向系统和高温超导直线牵引系统进行了方案设计,并通过有限元仿真对所提方案进行了可行性分析和验证.结果证明了全高温超导磁悬浮系统的高速运行、静态悬浮和动态自稳定悬浮导向技术优势和设计方案的可行性.     

高温超导磁体非接触补偿供电可行性研究

高温超导磁浮列车运行在高速状态,要受到环境振动、电磁激扰、轨道不平顺等问题,由此带来的运行损耗与高温超导接头电阻损耗等自身损耗相互叠加,使得高温超导磁体难以实现恒流运行.因此,本文基于近年来快速发展的非接触传能技术,提出了一种无漏热高温超导磁体非接触补偿供电方案,从理论上建立等效电路模型进行阻抗匹配,确定系统最优参数,同时利用搭建的实验测试平台研究了不同传输间距、不同负载的供电效率,证实了非接触传能技术用于现代轨道交通中高温超导磁体供电补偿的可行性.     

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.     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.