第二代高温超导电流引线交流损耗的测量与数值计算(英文)

为了研究高温超导电流引线结构对交流损耗的影响,制作了2种不同结构的高温超导电流引线。基于Clem模型,把外部磁场对交流损耗的影响加以考虑。在电流引线截面上建立了坐标系统,通过采取坐标平移和坐标旋转,可以得到高温超导电流引线内部磁场分布。在以上基础上,建立矩形骨架(RSCL)和十二边形骨架(DSCL)两种不同结构的高温超导电流引线的交流损耗计算模型。运用MATLAB编写计算模型,计算两种不同结构的高温超导电流引线的交流损耗。最后,在液氮环境中采用电气方法进行两种不同结构电流引线交流损耗的实验测量。在不同的电流和不同频率下测量两种不同结构的电流引线的交流损耗,将理论结果和测量数据进行比较,并就结构对交流损耗的影响进行了分析。交流损耗计算结果表明,坐标转换模型比Norris模型更准确,十二边形骨架(DSCL)的交流损耗比矩形骨架(RSCL)小。     

4．2K直流背景场下Bi2223超导带材的交流损耗

研究了Bi2223高温超导带材在4．2K和外加直流背景场条件下的交流损耗。讨论了磁场、电流、基体电阻率、超导芯的数目等因素对交流损耗的影响。所有的测量都在4．2K下进行，外加磁场的幅值最大是5T，损耗的测量采用传输电流法。     

高温超导大电流母线导体层优化设计

从等效电路模型出发提出了改进螺旋绕制法解决高温超导大电流母线导体层电流分布不均的问题。根据超导带材的机械性能,得到绕制螺旋角的范围,通过改进螺旋绕制法计算出导体层绕制的螺旋角以达到电流均匀分布。提出20kA高温超导大电流母线的优化设计方案,并计算出母线的磁场分布及交流损耗。结果表明,以上方法可以使导体层电流分布均匀,提高超导材料利用率。     

扭绞和宽厚比对Bi-2223超导带交流损耗的影响

在77K及在外磁场下,对具有不同扭矩的多芯Bi-2223超导带的交流损耗进行测量。该研究中所使用的样品(扭矩6～12mm)具有扭绞芯线和非扭绞芯线。在频率范围为3.33～2430Hz的正弦变化的外磁场下,对交流磁场损耗进行了测量。研究了扭绞对Bi-2223超导带的临界电流和交流损耗影响。研究发现,临界电流随扭矩的减小而减小。另外,可以观察到,在平行场下,由于扭绞带芯线的退耦,造成扭绞带中平行磁场损耗也随之减小。在垂直场下,芯线的扭绞对垂直磁场损耗的减小是不明显的,通过运用小的扭矩和选择小的宽厚比的带材,能够明显减小交流损耗。     

传输电流法测量Bi2223／Ag多芯高温超导带材的交流损耗

利用传输电流法设计了一套高温超导体自场损耗测量系统,样品上负载的传输电流幅值可以达到100A,频率在0.5Hz到1000Hz之间任意可调。测量了Bi2223/Ag高温超导带材在77K不同频率条件下的自场交流损耗,并将实验结果与Norris方程的预期值进行了比较,发现当传统电流的频率较低时,Bi2223/Ag的交流损耗主要是磁滞损耗;而当频率较高时耦合损耗不能忽略。     

Bi-2223/Ag超导带材交流磁化率的标度行为研究

对Bi-2223/Ag多芯高温超导带材的交流磁化率的标度行为进行了探讨研究.测量了在外加磁场垂直于带材表面时,样品的交流磁化率与温度和磁场之间的关系.结果表明,外加交流磁场对实部和虚部的影响非常显著,交流磁化率的实部和虚部的转变宽度强烈依赖于外加磁场的大小.选择虚部峰值处的温度作为缩放参数,对实部和虚部的测量结果进行归一化处理,结果发现在外加磁场为(325～32.5)×10~(-4) T的条件下,所测量的全部交流磁化率的实部和虚部曲线都可以约化为一条曲线,得到一个普遍的标度律关系,在50～100 K的温度范围内,该交流磁化率的标度律关系与试验数据非常吻合,根据这一特性,推导出了铋系多芯高温超导带材的临界电流密度方程.     

配电网中高温超导储能系统(HTS-SMES)的电力集成应用

提出了一种用于配电网模块式集成的高温超导储能系统(HTS-SMES),设计了级联式1MJ/500kVA/10kVHTS-SMES的系统结构和运行原理。模块式高温超导储能系统(SMES)的电力集成主要包含3部分,一是MJ级的高温超导储能磁体,设计了12单元模块组合式环形高温超导储能磁体,解决了其漏磁场问题;二是用于磁体直流电流与逆变器直流电压变换的DC-DC换流器,提出了一种不对称级联式电流调节器,解决了其关断损耗问题;三是用于直流电压与交流电压变换的并网DC-AC逆变器,采用了级联式逆变器结构,解决了高压和波形质量。最后,对于1MJ/500kVA/10kV模块式集成SMES进行了仿真试验,验证了其有效性。     

Bi-2223/Ag带和1kA交流输电线模型的损耗

高温超导体在电力工业中的应用已有大量的研究．由于高温超导带材的临界电流对磁场有强烈的依赖关系，因此，对高温超导体最有吸引力的应用是电力电缆，在电力电组应用中，超导体在相对较低的磁场中运行．目前，已经设计、制备和试验了许多采用Bi－2223As超导带并在77K运行的电组原型，并且，对高电压和低电流、电流载运能力和交流（AC）损耗等问题进行了研究．然而，大部分发表的文章是关于单带特性或一些输电线模型的设计和试验．但是，从单带获得的一些数据不能直接用来估算交流输电线这样复杂装置的一些参数，因为输电线是采用一定的…     

利用交流磁化率无接触测量Bi-2223/Ag高温超导带材的E-J特性

对Bi-2223/Ag超导带材的交流磁化率(χ=χ′+jχ″)随交流磁场的峰值(μ0Hm=0.01～60mT)以及频率(f=1～540Hz)的变化进行了系统的研究,发现通过在不同频率下测量χ″最大值所对应的磁场Hm(χ″),结合临界态模型的假设,可以对带材的E-J特性进行推导。在单芯带材情况下,所得结果和由传输测量得到的E-J关系相符合;而在多芯带材情况下则需要对磁化电流进行修正。这可以作为一种非接触测量单芯Bi-2223/Ag带材E-J特性的方法。     

基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

以压力容器等焊接设备对接焊缝为对象,提出了一种基于数值模拟的焊缝缺陷漏磁场的分析方法。通过仿真分析,对比分析了不同焊接工艺(单面焊和双面焊)无缺陷、焊道上分布矩形槽缺陷及热影响区分布矩形槽缺陷时的漏磁场特征,评述了单面焊同时分布两个矩形槽缺陷对漏磁场分布的影响规律。数值模拟结果表明:双面焊这种结构对于焊道上分布矩形槽时的漏磁场的影响更大;两个缺陷同时存在时,缺陷之间的距离是影响缺陷漏磁场分布的主要因素。     

高温超导体材应用进展和展望

评述了有关高温超导体材料应用的研究动向,着重介绍了高温超导传输和配电电缆、大电流引线、变压器、故障电流限制器、磁共振成像仪磁体、高温超导电机和超导磁性储能等热点项目的优势和国内外进展,并讨论了材料产业部门在此形势下,高温超导材料研制应有的对策。     

YBCO超导带材交流过流冲击下的稳定性

通过实验方式测量了各种交流过电流幅值以及持续时间情况下,YBCO超导带材电压、电流和温度,以及冲击后临界电流的变化情况,结合YBCO超导带材的过电流冲击下的热传导模型,以及液氮的热交换系数对YBCO超导带材过流冲击条件下的电及热特性进行分析,并根据对YBCO超导带材的性能退化与温度对应关系的分析,提出其过流冲击下的安全极限。研究结果可以为YBCO超导带材的性能优化和超导电力设备的设计提供有益的参考。     

传导冷却无绝缘高温超导二极磁体的研制

本文研制了一台中心磁场为1.5T的传导冷却型的无绝缘高温超导二极磁体,它主要由常温铁芯、高温超导双饼线圈以及低温恒温器等组成。铁芯的极头采用圆柱形结构,极头之间的距离为120mm。其中,每个线圈匝数为176匝,磁体的运行电流为286A。线圈冷体由一台GM制冷机进行冷却,运行温度小于20K。本文主要介绍高温超导磁体的设计以及所使用高温超导带材的载流性能,并对无绝缘线圈在装入铁芯前和装入铁芯后的充电和放电特性进行了测试研究。通过测试得到了该磁体充电延迟时间常数,并且测试结果表明,在励磁电流为286A时,中心磁场强度达到了设计要求。     

高温超导体电磁响应特性的有限元分析

运用有限元方法研究了高温超导体的电磁响应特性。给出了基于磁场强度的高温超导体电磁响应特性公式体系,建立了二维有限元模型,并采用带状几何结构进行了模型的验证。还研究了不同几何结构超导体的交流响应和磁相互作用力。研究表明,本模型正确地反映了高温超导体的宏观电磁响应特性,并且具有较好的扩展性。     

一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。     

Hot Tearing Susceptibility of AXJ530 Alloy Under Low-Frequency Alternating Magnetic Field

Herein, a hot tearing measured system with external excitation coil and a differential thermal analysis system with applied magnetic field were used to study the effects of low-frequency alternating magnetic field on the solidification behavior and hot tearing susceptibility(HTS) of the AXJ530 alloy under different magnetic field parameters. The hot tearing volume of the castings was measured via paraffin infiltration method. The microstructure of the hot tearing zone of the casting was observed using optical microscopy and scanning electron microscopy, and the phase composition was analyzed using X-ray diffraction and energy depressive spectroscopy. The experimental results show that the solidification interval of AXJ530 alloy was shortened and the dendrite coherency temperature of the alloy decreased with the increase in frequency of alternating magnetic field. Under appropriate magnetic field parameters, the electromagnetic force could enhance the convection in the melt to promote the flow of the residual liquid phase, refine the microstructure, and optimize the feeding channel in the late solidification stage, which reduced the HTS of the alloy. However, when the magnetic field frequency was increased to 15 Hz, the induced current generated excessive Joule heat to the melt. At this time, the thermal action of the magnetic field coarsened the microstructure of the alloy, resulting in an increase in HTS of the alloy.     

直流电弧熔炼对渣/金反应的影响

研究交流电弧和200A及320－350A的直流电弧（金属熔池为阳极）熔炼钢液时的渣/金反应。试验结果表明,直流电弧下钢中铬和锰的烧损加剧,比交流电弧下熔炼分别增加约90％和56％。电解引起的铬和锰的烧损量约占总烧损量的一半。电流增大时,碳和锰的烧损增加,但铬的烧损略有降低。     

磁场电流对镁合金焊接接头疲劳性能的影响

对5 mm厚的AZ31镁合金板进行GTAW焊过程中,施加纵向交流磁场,在施焊过程中调节磁场参数对试样进行疲劳试验.采用扫描电子显微镜及光学金相显微镜对疲劳试样的断口和显微组织进行分析,研究磁场电流对AZ31镁合金接头组织和力学性能的影响规律,并对磁场作用机理进行探究.结果表明,外加纵向磁场可以促使电弧旋转对熔池进行搅拌...