高温超导带材临界电流角度依赖性测量分析

第二代高温超导带材与第一代相比,有着载流能力强、交流损耗低、无需贵金属等优点,在超导电力应用中有广阔前景。高温超导带材临界电流在外磁场的影响下会发生衰减,超导带材临界电流的角度依赖性是超导电力装备设计必不可少的参数。实验选取温度50～77 K、磁场0～3.5 T、磁场角度0～360°区间,分别测量了上海超导、苏州新材料等厂家生产的市面主流第二代高温超导带材的临界电流,分析了不同背景磁场大小及角度下超导带材的各向异性。结果表明,各厂家生产的超导带材具有明显的各向异性。     

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．     

高温超导带材临界电流各向异性的试验研究

二代高温超导带材因其机械和磁场下的性能优于一代带材,近年来受到广泛关注。文中针对高温超导带材的特点,结合实验室的现有设备,设计了超导带材临界电流的测试平台,对三种二代高温超导带材在77K、不同磁场、不同角度下的临界电流进行了测量,分析了其在不同背景磁场和磁场角度下的各向异性,并用插值法拟合出了其临界电流与磁场及其角度的关系曲面,为超导磁体设计中高温超导带材临界电流的计算提供依据。     

Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流实验研究

为了研究磁场、温度对Bi-2223/Ag带材超导性能的影响,建立了一套测量带材临界电流的实验装置,该装置能够提供稳定的背景磁场,控温精度最高可达±20m K,在零场、控温(77.3K)条件下样品的临界电流测量值与带材给定参数基本吻合,表明该装置测量精度满足要求;文中将高温超导带材放在特制控温罩中,使用He气冷技术和温控系统调节样品温度(4.2—80K),测量了在0—12T背场下高温超导带材的临界电流,并系统地分析了Bi-2223/Ag带材临界电流对温度和磁场的依赖关系。     

拉伸应力下的高温超导带材临界电流特性研究

针对在低温、拉伸应力共同作用下,高温超导带材临界电流测量困难的问题,详细介绍了一种独立改造后的简便拉伸设备,利用四引线法对两种具有代表性的高温超导带材的临界电流进行了测量,并对结果进行了一系列的验证,证明了此设备能较好的完成测量任务。最后,结合带材的物理结构,简要分析了临界电流产生变化的原因。对今后的测量工作和超导磁体的设计与制备有一定的指导意义。     

扭转下高温超导带材临界电流特性研究

研究了两种不同扭转方式(单向扭转和反复扭转)下高温超导一代铋锶钙铜氧(BSCCO)和二代钇钡铜氧(YBCO)带材临界电流的变化特性。用四线法在液氮、自场环境下测量了带材临界电流随单位厘米扭转角度(即扭转角度与扭转长度之比)的衰减特性和恢复特性,对两种带材在这两种不同的扭转情形下呈现出的变化规律分别进行了总结和比较。     

高温超导带材的弯曲通流特性研究

高温超导带材的弯曲通流特性决定了超导线圈的临界电流大小。文中针对典型的铋系和钇系高温超导带材,设计了一套测量其弯曲通流能力的装置,研究了77K、自场下高温超导带材在不同弯曲直径下的临界电流,以及双面弯曲再拉直情况下临界电流的恢复特性,并对实验结果进行了分析。     

扭转应变与高温超导带材临界电流分布关系研究

为加工大电流导体和制备高温超导电缆,有必要掌握高温超导带材在扭转下性能。该文研究了扭转下高温超导一代铋锶钙铜氧(BSCCO)和二代钇钡铜氧(YBCO)带材临界电流的分布与扭转应变之间的关系,用四线法在液氮、自场环境下测量了不同扭距下带材临界电流,分析比较了三种不同带材(日本住友HT-CA;AMSC8501;Super Power SCS4050)临界电流随扭距变化规律的异同,建立了计算扭转下带材内部应变的模型,推导出了扭转下三种不同带材临界电流密度与应变之间的函数关系。此外,将实验测得的临界电流与通过模型理论计算得到的数值进行了比较和分析。     

一种新型YBCO高温超导带材临界电流特性测试方法

针对YBCO高温超导带材临界电流特性,文中基于四引线法,构造了一个集成有背景磁场发生装置的减压降温的低温测量装置。该装置包括一个提供背景磁场的双"E"形铁心线圈磁体;一个可以旋转0—360°的超导带材样本架以及一套可实现减压降温功能的低温测试系统。通过对低温杜瓦内温度、YBCO带材所处背景磁场大小、背景磁场与YBCO带材表面夹角的控制,实现了YBCO超导带材在不同温区、不同磁场及磁场方向下的临界电流特性的测量。这种新颖的测量方法和装置,综合考虑了环境温度、背景磁场和磁场方向变化的具体影响,能够获得较全面的YBCO高温超导带材临界电流性能参数。     

高温超导磁体临界电流的磁矢量分析法及其验证

临界电流是高温超导磁体的关键参数,文中提出了一种名为"磁矢量分析法"的高温超导临界电流计算方法。这种方法以高温超导带材性能测试结果为依据,以有限元仿真软件为手段,通过对计算高温超导磁体内部电磁感应强度矢量的分布,采用插值运算来确定高温超导磁体的临界电流。通过在77K温度下进行1:1的磁体实验,磁矢量分析法的可行性得到了验证。     

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。     

Influence of DC external magnetic field on AC transport current loss of HTS tape

We measured the AC transport current loss of Bi 2223 multifilament Ag-sheathed tape under DC external magnetic field of 0–0.2 T. There were discrepancies between the measured data and Norris' formula for elliptical model in the range of low value of I_p/I_c (I_p and I_c are peak of the AC transport current and critical current of the tape respectively), while without DC background field, the loss of the tape was close to Norris' formula. Theoretically speaking, even with the DC background field and decreased critical current the AC transport current loss of the tape follows Norris' formula which is derived from the Bean model. When DC background field is applied to the HTS tape, n value of the power law E–J characteristics decreases together with the decrease of J_c. Dependence of the AC transport current loss on the n value was analyzed by numerical calculation. The results show that the loss depends on the n value and that decrease of the n value is one of the causes of the discrepancies between the measured data and Norris' formula.     

Experimental study of yttrium barium copper oxide superconducting tape’s critical current under twisting moment

Critical current (I _c) characteristics of 2G YBCO superconducting tape under the influence of twisting moment was experimentally investigated at varying current ramp rates in the self-field. Under a uniform twist, the degradation in the current-carrying capacity of YBCO tape up to 30% was observed at 77 K. The degradation is largely attributed to the shear stress and torsional shear strain resulting from the twisting. The superconductor to resistive transition index, n, is also found to behave in an identical manner with increase in the twisting. Finite element analysis (FEA) of the tape in the experimental configuration with twisting moment being applied on to it has been carried out in COMSOL. The torsional strain calculated analytically as per the experimental configuration matches closely with that of FEA results, which shows that the critical current degradation is a function of strain.     

不同载流运行下冷绝缘高温超导电缆的温度场数值分析

针对冷绝缘高温超导电缆(Cold Dielectric High Temperature Superconducting cable,CD HTS cable)在不同载流下的运行稳定性,采用有限元数值分析方法对超导电缆内部温度场进行准确计算和分析。根据超导电缆内部各层传热特征,建立基于ANSYS的CD HTS电缆有限元模型,给出正常载流及故障载流下超导电缆温度场分析传热边界条件,计算得到不同载流情况下超导电缆本体温度分布变化规律,从而为其通流能力影响下的运行稳定性分析提供参考依据,对超导电缆的故障保护具有一定的指导意义。     

Response of a superconducting cylinder to a longitudinal magnetic field at the field dependence of critical current

The distributions of the magnetic induction and current density in a superconducting circular cylinder with a longitudinal external magnetic field, which take into account the field dependence of the critical current, are obtained within the nonlocal model of critical state.     

高温超导长带缓冲层的缺陷分析

实现二代高温超导产业化的关键之一是提高良率。作者在实践中发现,影响带材良率的一个重要因素是存在于带材上的缺陷。对二代高温超导带材中缺陷的研究应该是个一个重要的课题,但是还没有见到过有关的报道,该文对带材中大量出现的典型缺陷进行SEM和EDS分析发现,发现缺陷处有大量C元素,且该C元素存在于抛光基带和缓冲隔离层之间的界面上。由此,推测缺陷产生的根源是抛光带表面的有机物污染,并得到了证实。据此,在抛光工艺中的过滤系统得到了改进,最终良率得到了提高。同时,作者认为,使用SEM-EDS对缺陷进行元素分析,是二代带材开发生产中,对带材缺陷进行快速分析的一种可行方法。     

超导电缆中螺旋形带材磁场的三维仿真

本文基于超导直流电缆应用,针对电缆中超导带材以螺旋形态缠绕于支撑管的情形,使用毕奥-萨伐定律对螺旋电流在空间任意点产生磁感应强度进行数值计算,并使用仿真软件COMSOL Multiphysics进行三维仿真。结合超导带材在外磁场下的临界电流特性,分析由此造成的电缆临界电流退化,发现在导体层带材根数相同、单根带材通流幅值相等的前提下,螺旋角度较大时磁感应强度垂直带材表面分量较小,临界电流衰减程度更小,更有利于超导电缆的稳定运行和载流能力的提升。     

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。     

冷绝缘高温超导电缆临界和稳态载流特性分析

超导电缆出现失超故障时,不仅会损坏其本体,还会严重影响其供电可靠性乃至整个电力系统的稳定性,因此研究高温超导电缆的稳定性问题,已成为目前高温超导电缆实用化过程中需要重点解决的关键性技术问题之一。对两种不同的YBCO超导带材的临界电流特性进行了测试,分析了背景磁场强度、方向和交直流背景磁场对临界电流的影响,并对超导电缆的稳态性能进行了实验系统的设计和数据釆集。对超导电缆通以不同幅值和频率的电流,对超导电缆稳态时的各层电流进行了实验测量和结果分析,结果表明超导电缆在不同电流等级下具有良好的均流效果。这种良好的均流效果证明超导电缆在稳态时具有相对较好的稳定性。