高温超导变压器绕组的研究现状与设计技术展望

高温超导变压器是通过用高温超导带材取代铜导线绕制超导绕组,液氮取代变压器油作为冷却介质,超导绕组在液氮环境中运行,以达到提高能效并减少电力传输损失的变压器。针对高温超导变压器的绕组设计,从超导变压器的绕组材料、绕组结构、绕组布局三方面比较了近年内美、日、韩、中国等具有代表性的高温超导变压器绕组的研究现状,通过综合比较和分析国际上各种主流复合超导体的结构特征,设计方法等关键技术,提出了未来高温超导变压器的绕组设计需要以提高临界电流,减少绕组漏磁场尤其是其径向分量,以及降低交流损耗为目标。     

高温超导变压器在新疆诞生

经历了18年艰苦历程，新疆特变电工股份有限公司完成了由他们和中国科学院电工研究所联合研究开发的我国首台拥有自主知识产权的非晶合金铁芯（大大降低了变压器的空、负载损耗）的高温超导电力变压器．2005年12月31日样机顺利通过了国家变压器质量监督检验中心的检测，并投入电网试验运行．这是世界上第二台挂网运行的三相高温超导变压器。     

高温超导变压器在电网中的应用

随着高温超导带材性能的不断提高,高温超导变压器在电力系统中的应用可以有效提高系统效率。在广泛调研的基础上,分析了高温超导变压器的关键技术以及目前的技术瓶颈。在此基础上,结合近几年来国内外对高温超导变压器的研究进展,对高温超导变压器的应用前景进行了分析,并给出了高温超导变压器的发展路线。     

高温超导混合脉冲变压器的研制与放电测试研究

为了利用脉冲变压器模式有效提升输出电流,介绍了一种在常规脉冲变压器基础上引入超导技术混合应用的方法.通过理论分析和参数计算,研制出了由3个超导双饼绕组和2个单饼式铜绕组组成的实验用高温超导混合脉冲变压器.对研制好的混合变压器进行脉冲放电测试,实验结果表明:在初始电容器充电610V的条件下,变压器副边实现2.6kA的大电...     

高温超导变压器中带材临界电流随磁场变化的研究

通过自行设计的小型磁体产生稳态磁场,测量了高温超导带材在不同磁场下的临界电流,得到带材临界电流随外加磁场变化的曲线．并提出了高温超导变压器漏磁场优化设计的目标．     

高温超导空心变压器椭圆磁场计算分析

变压器的磁场研究对于高温超导变压器的设计具有非常重要的意义,尤其是对高温超导空心变压器。由于每一条磁力线均直接作用于线圈,因此磁场对高温超导空心变压器临界电流和交流损耗磁场的影响更为显著。文中通过数学计算,得出高温超导空心变压器在其空间任一点产生的磁场为形状和大小,论证了该磁场为带旋转分量的椭圆形磁场,并通过有限元仿真验证计算结果。     

基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源建模与仿真

本文采用模块化建模方法,建立脉冲电源驱动导轨型电磁发射的数学模型,利用动态负载取代固定负载,分析加力与非加力两种动态负载、固定负载对放电特性的影响,研究多个高温超导脉冲功率变压器模块的并联放电特性,并探究多个模块驱动的轨道式电磁发射特性。仿真结果表明,当负载电阻和电感分别固定在1. 2 mΩ和1μH时,相比于动态负载,固定负载副边电流的脉冲峰值误差为13. 11%,使用动态模型能更精确地研究脉冲电源的放电特性。     

300kVA高温超导变压器电流引线漏热损耗的测量

电流引线是高温超导变压器的主要外部漏热来源,它的漏热量直接影响了超导变压器的经济性能,因此,引线的设计与漏热测量一直备受关注。文中构建了一个实验方案,运用量热法测量低压引线的漏热,并将试验结果与仿真预期值进行了对比和分析,从而验证了仿真设计的正确性。     

45 kVA单相高温超导变压器交流损耗特性研究

本文研究以多芯不锈钢加强Bi2223/Ag带材绕制的45 kVA单相高温超导变压器的交流损耗特性.变压器绕组置于具有室温孔径的环形玻璃钢杜瓦内,铁芯穿过杜瓦室温孔径以保证铁芯与绕组分离并工作于室温环境.在77 K和工频下,基于Bean模型和绕组中的磁场分布计算了绕组的交流损耗,计算结果与传统电测法和热测法测量的变压器交流损耗结果一致;表明在77K绕组中交流损耗以磁滞损耗为主,涡流损耗和耦合损耗可以忽略不计.     

高温超导空芯脉冲变压器的可行性研究

为了研究高温超导空心脉冲变压器的可行性,文中建立了一个由五个超导双饼组成的空芯脉冲变压器模型.采用有限元方法对变压器模型的电感矩阵进行计算,并在此基础上分析了两种不同的绕组联接方式.我们制作了一个由五个高温超导双饼组成的实验用空心脉冲变压器.由于环流的影响,实验结果部分与期望值相符,对高温超导空心脉冲变压器的设计具有一定参考意义.     

高速动车组用高温超导变压器的绕组结构优化设计和线圈批量绕制

从高速动车组用6 .6 MVA 高温超导变压器样机的总体设计和电磁方案出发, 根据国产高温超导线材的性能和结构特点, 开发并掌握了满足变压器样机耐压要求的高温超导线材绝缘包覆工艺, 确定了样机高压和牵引绕组用高温超导线材的截面规格. 在此基础上, 考虑工程化需要, 优化设计了构成绕组的串、 并联饼式线圈, 提出了线圈骨架结构和组装、 串联焊接、 并联线材交叉换位等方案. 之后, 成批试制了实验线圈, 得到了满意的临界电流测量结果, 验证了线圈设计和工程化方案的可行性.     

基于双晶退火衬底的高温超导纳米量子干涉仪在液氦液氮温区下的输运特性

超导纳米量子干涉器件是近年来发展起来的一种新型超导器件, 通过现代微纳加工技术将其超导环缩小到纳米尺寸, 构成高度灵敏的微观自旋探测器, 理论上可以达到测量单电子自旋的灵敏度. 同时, 高温超导由于具有较高的临界温度和上临界场也备受关注. 然而, 相比于低温超导量子干涉器件, 高温超导量子干涉器件的1/f 噪声更加显著, 这限制了其在低频下的应用. 本文基于双晶衬底技术, 通过聚焦离子束加工制备高温超导纳米量子干涉仪, 并对其在液氦和液氮温区下的电学性能、4.2 K 下的磁通噪声进行表征. 实验发现, 通过预先退火处理钛酸锶双晶衬底, 可以有效改善衬底表面的粗糙度, 进而优化高温超导纳米量子干涉仪的1/f 磁通噪声. 最终得到低频下(1 Hz)的磁通噪声灵敏度为4.9 μΦ0/Hz1/2 , 比未事先预处理的小一到两个数量级, 这对于推进高温超导纳米量子干涉器件在低频下的应用意义重大.     

超导量子干涉器件

超导现象是一种宏观量子现象.磁通量子化和约瑟夫森效应是两个最能体现这种宏观量子特性的物理现象.超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)是利用这两个特性而形成的超导器件.SQUID器件在磁信号灵敏探测方面具有广泛的应用.本文简要介绍低温超导和高温超导SQUID器件的相关背景和发展现状以及应用领域.     

The Electrodynamics of Granular High-Temperature Superconducting Media

The electrodynamic properties of granular high-temperature superconducting media are studied. Relations for the surface resistance and impedance of a high-temperature superconducting medium are derived. The temperature and frequency dependence of the phase velocity and group velocity and depth of penetration of the electromagnetic field into the Josephson medium are calculated. The possibility of using high-temperature superconducting films as high-efficiency shields is shown. The shielding properties are improved appreciably with increase in the critical current density of the high-temperature superconducting film. The shield thickness is several microns or several fractions of a micron for a critical current density of >10⁷ A/m². The results obtained can be used in designing superhigh-frequency shields, microstrip lines, and other devices based on high-temperature superconducting Josephson media.     

超导Tl2Ba2CaCu2O8+x 薄膜的太赫兹复电导率的提取

采用低温太赫兹时域光谱系统, 测试了高温超导 Tl2Ba2CaCu2O8+x 薄膜的太赫兹透射谱, 并提取了它在不同温度下的太赫兹电导率. 研究过程中发现提取后的参数存在电导率随频率波动大、与理论值偏差较大等问题.通过对基片厚度和太赫兹波入射角度的误差对高温超导薄膜电导率的影响进行了分析, 结果表明导致数据波动大是由于基片厚度的偏差引起的. 针对厚度差的影响, 一种矫正方法被提出, 通过对厚度的修正, 提高了数据提取的质量.     

新型高性能光控高温超导微波可变衰减器研制

 提出了一种用于高温超导系统的新型星载光控高温超导微波可变衰减器，详细介绍了设计过程，并针对测试结果进行了分析。该衰减器的实质是利用液氮温区高温超导薄膜极低的微波表面电阻和卓越的激光响应特性，实现优良的衰减功能。在器件结构的设计上引入过渡材料和透明有机材料以保证器件良好的接地性能以及激光光束的对准。主要结论如下：光控高温超导微波可变衰减器在液氮温区工作，电路尺寸为12 mm×8 mm×0.5 mm，可单独使用也可集成于高温超导系统中，可大幅减小系统的体积与质量；高温超导衰减器的插损小于0.2 dB，比常规衰减器低1个量级；高温超导衰减器的可变衰减步进值小于0.01 dB，比常规衰减器低1～2个量级。根据激光功率大小对衰减器插损变化特性的影响，该衰减器也可以实现步进式调谐。     

高温超导脉冲变压器线圈结构参数影响分析

用于脉冲功率电源的高温超导脉冲变压器,集超导储能与脉冲放电为一体,在脉冲功率技术中有着良好的发展前景。设置合理的线圈结构参数可以提升高温超导脉冲功率变压器的耦合系数和储能容量,满足脉冲功率电源小型化、轻量化的优化目标。本文利用有限元仿真软件Anysys EM,建立了同轴饼式线圈叠加结构的单模块变压器模型和环形结构的多模块变压器模型,根据磁场分布和后期计算,分析了结构参数对脉冲变压器耦合系数和原边超导线圈的储能的影响。仿真分析结果表明,在77 K时,采用相同用线量的情况下,单模块高温超导脉冲变压器耦合系数和原边电感线圈的储能随线圈高度减小逐渐增大;多模块高温超导脉冲变压器减小线圈高度、增大内半径能够获得较高的性能,为超导脉冲变压器的脉冲电源实验验证提供了一定的参考依据。     

超导量子比特实验的开端

我们对超导量子比特领域的科学背景、历史起源和早期发展做简要评述.莱格特(Anthony J. Leggett)为这个领域打下了理论基础.克拉克(John Clarke)和他的两个学生马丁尼(John Martinis)和德沃雷(Michel H. Devoret)最早通过偏电流约瑟夫森结,首次观察到约瑟夫森结的量子行为.后来德沃雷实现了电荷量子比特叠加态、电荷-磁通混合量子比特的拉比共振和其他演化及投影测量.中村泰信(Yasunobu Nakamura)首先实现电荷量子比特的量子叠加和拉比振荡,还参与莫伊(J. E. Mooij)组实现了磁通量子比特的拉比振荡和读出.     

超导ECR离子源DECRIS-SC2

A new compact version of the"liquid He-free"superconducting Electron Cyclotron Resonance Ion Source,to be used as an injector for the U-400M cyclotron,is presently under construction at the FLNR in collaboration with LHE(JINR).The axial magnetic field of the source is created by the superconducting magnet,and the NdFeB hexapole is used for the radial plasma confinement.The microwave frequency of 14GHz will be used for ECR plasma heating.The DECRIS-SC2 superconducting magnet is designed for the induction of a magnetic field on the axis of the source of up to 1.4T(extraction side)and 1.9T(injection side) at nominal current of 75A.Cooling of the coils is carried out by CM cryocooler with cooling power of 1W at the temperature 4.5K.The basic design features of the superconducting magnet and of the ion source are presented.The main parts of the source are in production.The first beam test of the source is expected in the beginning of 2007.     

超导质子直线加速器的分段研究

对超导直线加速器的分段进行了详细的研究.包括超导加速器的分段原则的讨论,对称性分段和非对称性分段的讨论.超导加速腔的加速单元数及设计值β_G的确定,加速器的能量增益的确定.