正交耦合型高温超导可控电抗器的设计与分析

可控电抗器作为新型无功补偿设备能够有效地补偿电网无功、限制电网过电压及改善电能质量。高温超导可控电抗器因具有控制灵活、谐波含量低、可连续平滑调节、功率密度高等优点而受到广泛关注。文中研究了一种新型正交耦合型高温超导可控电抗器,其采用平行磁通控制以增大调节范围、垂直铁心结构以降低感应电压、增加气隙以降低谐波含量,介绍了该电抗器工作原理与基本结构,搭建了有限元分析模型,进行了380V小型样机的电磁设计,并分析获得其电抗调节范围及工作电流的谐波特性。结果表明,该新型超导电抗器具有很好的无功调节性能。     

饱和铁芯型超导限流器的高温超导磁体的磁场仿真分析

高温超导磁体是饱和铁芯型高温超导故障限流器的核心部件之一,通过超导磁体对铁芯进行直流励磁,控制铁芯的饱和状态,从而限制故障电流.本文以35kV/90MVA饱和铁芯型高温超导故障限流器的超导磁体为研究对象,通过ANSYS有限元软件建立44个双饼线圈的单螺管型磁体的二维电磁模型,得到不同结构磁体产生的磁场,特别是径向磁场的变化规律,结果表明,采用端部并联结构可以有效降低磁体端部径向磁场分量,提高临界电流,该结果为研究饱和铁芯型高温超导故障限流器的电磁特性、磁体励磁能力和结构设计提供一定的参考依据.     

120kJ高温超导储能磁体的研究

阐述了120k J高温超导储能磁体的高温超导带选择及磁体主要参数。为确定120k J高温超导储能磁体绕组的通电方式,比较了30个高温超导双饼线圈两种连接方式在225A电流下的磁场特性。为满足杜瓦强度要求,针对120k J高温超导储能磁体杜瓦开展了结构设计及强度分析,结果表明,杜瓦满足高温超导绕组吊挂对其强度的要求。     

高温超导二极磁体样机设计与测试

高温超导二极磁体是强流重离子加速装置(HIAF)的重要组成部分,能够为离子偏转提供均匀、快速变化的磁场。文中介绍了高温超导二极磁体样机的电磁设计、结构设计、加工与装配。磁体主体由Bi系跑道线圈、E型铁芯组成,线圈通流30A时气隙中心磁感应强度达到1T。通过线圈和磁体直流测试,得到了线圈的临界电流、气隙中心磁场随电流的变化曲线、磁体的最大工作电流;通过磁体交流测试,验证了高温超导磁体18.2T/s的快速变场速率。     

基于解析法的超导发电机磁场分析与结构优化

混合型高温超导发电机采用高温超导带材作励磁材料,结构上与传统电机有较大的不同,设计方法也不尽相同.本文基于傅里叶变换将超导发电机的励磁集中绕组等效为沿转子圆周正弦分布的激励源,建立了超导发电机磁场分析模型.对电机气隙磁场分布进行了求解,并分析了不同绕组张角时气隙磁密波形中的谐波含量.通过参数化分析,研究了不同环境屏、转子的尺寸对电机功率密度的影响.采用有限元法对磁场求解结果进行了验证,结果一致性较好.研究结果表明,励磁绕组张角会对电机气隙磁密波形产生影响,合理设置超导发电机环境屏及转子结构,可以提高超导发动机的功率密度.     

饱和铁心型超导限流器

饱和铁心型超导限流器具有限流功能可靠、输电稳态损耗小、限流恢复时间短等优异特性。根据其工作原理,一方面,用于直流励磁的超导绕组自身不承受短路电流冲击,这避免了其它类型超导限流器中由于超导绕组失超所带来的诸多技术难题;另一方面,其主体电抗器可以借鉴成熟的铁心电抗器技术。因此,饱和铁心型超导限流器的以其优异的性能特性和成熟的工程实现技术,成为迄今为止人们研究的各类超导限流器中的最具实用价值的一种。在电网容量不断扩大,智能化水平不断提高的今天,饱和铁心型超导限流器有非常广阔的应用前景。文中将叙述饱和铁心型超导限流器的基本原理、结构形式、功能特性,并对已在云南普吉变电站挂网运行的35kV/90MVA超导限流器进行简要介绍。     

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.     

45kVA/2.4kV单相高温超导变压器的设计和试验

为了研究630kVA/10.5kV三相高温超导变压器突发短路情况下热稳定性以及机械稳定性的问题,开发了45kVA(2400V/160V,18.75A/281.25A)单相高温超导变压器.铁心为单相三柱式铁心;杜瓦为带有室温孔的玻璃钢杜瓦,可以保证铁心处在室温下并与绕组隔绝;导线采用Ag合金包套不锈钢加强Bi2223多芯高温超导带材,高压绕组为多层圆筒式绕组,各层间分别置有层间绝缘和冷却通道,低压绕组采用饼式结构;为减小引线的漏热,低压引线采用优化的气冷引线.采用有限单元法(FEM)分析了该变压器电磁、机械问题,并对其进行了基本的性能试验以及突发短路试验,得到重要意义的结果.     

结构材料对传导冷却超导磁体励磁稳定性影响

针对NbTi线材绕制的7 T无液氦传导冷却低温超导磁体,利用有限元方法对励磁过程中超导磁体结构材料内部的涡流损耗进行计算;对比不同材料的低温比热容、热导率和电阻率,利用有限元软件对不同结构材料超导磁体励磁过程进行仿真,得到磁体内部的涡流和温度分布以及不同励磁速度对超导绕组温升的影响。结果表明,磁体最大允许励磁速度与结构材料的低温电阻率呈正相关,超导绕组的最高温度随励磁速度线性变化。     

多脉冲磁场下含热开关高温超导环的励磁研究

针对堆叠式高温超导磁体的持续电流模式运行,提出一种由多脉冲磁场和热开关组合的励磁方法。在77 K温度下对高温超导环进行了系统的励磁实验研究,并采用有限元方法建立模型对高温超导环中的电流及产生的磁场进行了仿真。励磁结束后高温超导环产生的磁场稳定,磁场大小与多脉冲磁场幅值呈正相关。结果表明,该励磁方法可行,有望应用于堆叠式高温超导磁体的持续电流模式运行。     

内/外部励磁方式下高温超导环的俘获场特性

高温超导磁体在闭环运行时,可以提供稳定磁场,但是由于高温超导带材无法实现无阻焊接,成为高温超导磁体闭环运行的技术瓶颈.本文利用第二代高温超导带材制备闭环超导环,采用内部励磁和外部励磁对超导环进行励磁,在液氮温度中(77 K)测量超导环的中心俘获磁场.结果表明超导环在内部励磁俘获的磁场值比外部励磁俘获的磁场值高;外部励磁中,超导环中插入铁芯柱能提高俘获场;内部励磁中,超导环在螺线管闭环运行俘获的磁场值比开环运行俘获的磁场值高.结果对于高温超导闭环磁体励磁和高温超导带材磁通动力学研究具有很重要参考价值.     

ITER纵场磁体超导母线电磁结构分析

阐述了ITER纵场磁体超导母线及其支撑结构设计。运用有限元算法,对工作状态下的超导母线进行电磁结构耦合分析,并对超导母线的应力及变形进行校核,从而验证了纵场磁体超导母线及其支撑结构的安全可靠性,为进一步的详细设计提供了依据。     

ITER�ݳ����峬��ĸ�ߵ�Žṹ����

阐述了ITER纵场磁体超导母线及其支撑结构设计。运用有限元算法,对工作状态下的超导母线进行电磁结构耦合分析,并对超导母线的应力及变形进行校核,从而验证了纵场磁体超导母线及其支撑结构的安全可靠性,为进一步的详细设计提供了依据。     

结构参数对YBCO高温超导螺线管磁体临界电流密度的影响

高温超导带材具有很强的电磁各向异性,是超导螺线管线圈在设计、优化及运行中必须考虑的重要因素。该文通过对SCS4050型YBCO高温超导带材的实验参数进行分析,得出不同背景场下带材临界电流密度的变化曲线;通过有限元仿真软件Ansoft Maxwell,分析了带材结构参数变化时,对螺线管磁体最大磁场、临界电流密度以及储能的影响。研究结果得出随结构参数变化磁体临界电流密度的变化趋势以及影响YBCO磁体临界电流密度的主要磁场角度,为Y系高温超导螺线管型磁体的设计提供一定的理论依据。     

45kVA／2．4kV单相高温超导变压器的设计和试验

为了研究630kVA／10．5kV三相高温超导变压器突发短路情况下热稳定性以及机械稳定性的问题，开发了45kVA（2400V／160V，18．75A／281．25A）单相高温超导变压器．铁心为单相三柱式铁心；杜瓦为带有室温孔的玻璃钢杜瓦。可以保证铁心处在室温下并与绕组隔绝；导线采用Ag合金包套不锈钢加强Bi2223多芯高温超导带材。高压绕组为多层圆筒式绕组．各层间分别置有层问绝缘和冷却通道，低压绕组采用饼式结构；为减小引线的漏热，低压引线采用优化的气冷引线．采用有限单元法（FEM）分析了该变压器电磁、机械问题，并对其进行了基本的性能试验以及突发短路试验。得到重要意义的结果．     

特殊工况下的高温超导磁体设计

基于特殊工况下移动式高温超导磁体(HTS)的设计要求,提出了三种带材的绕制方案。依据经济性和基本设计原则选择了混合磁体设计方案,并对磁体的线圈,绝缘和支撑进行了设计。利用有限元软件对磁体线圈进行了电磁学分析,并根据不同工况条件对磁体的结构进行了力学分析,分析结果表明设计结果符合设计要求,为高温超导磁体的制作和实验提供了可靠依据。     

磁场感应式高温超导磁通泵分析

为了解决闭环高温超导磁体的磁场稳定性问题,需要对超导磁体进行电流补偿。针对高温超导磁体励磁和磁场衰减,在对磁场感应式磁通泵原理分析的基础上,提出了高温超导磁通泵的双回路电流模型,建立了高温超导磁通泵模型方程,并对超导泵桥上的磁通运动过程进行了定量分析,获得了磁通泵运行参量对超导磁体负载电流的影响关系。     

跑道形高温超导转子磁体设计与测试

基于前期开发的60 kW风力发电机样机,设计并制造了两个应用于直驱式风力发电机的转子磁体,包括磁体的电磁设计、结构设计及制备流程,磁体为两种形式的跑道形高温超导磁体。通过在77 K液氮温区的直流测试,获得了磁体的临界电流、电阻等参数,及电流-电压变化曲线;通过磁体在30 K氦气低温传导冷却系统中直流励磁测试,获得了系统降温曲线、磁场随电流的变化曲线。测试结果表明,磁体满足励磁和传导冷却要求,验证了磁体设计的合理性和运行的可靠性。     

基于三维场路耦合方法的超导变压器绕组漏磁场和电流分布研究

超导带材的零电阻特性使得绕组限制环流的能力大大降低。此文利用有限元仿真软件,采用三维场路耦合方法,在330k VA高温超导变压器低压侧绕组间气隙采用4种不同排列方式的情况下,分别分析了绕组漏磁场和电流分布。研究表明,两端的双饼绕组漏磁场和电流高于其它双饼绕组;采用ISOB气隙方式排列的中部双饼绕组电流低于平均额定电流而采用IBOS气隙方式排列的中部双饼绕组电流高于平均额定电流;在4种排列方式中,采用ISOB气隙方式排列可以降低电流分布的不均匀程度,而采用IBOS气隙方式排列可以降低漏磁场的大小。研究综合表明,采用双饼绕组气隙由中间以定值向两边递增的排列方式不仅可以减小环流,而且可以改善磁场分布。     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证.本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响,用Bi2223超导带材绕制了(一个由20个双饼组成的高温超导磁体,用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗.并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析.在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量,测量结果与数值仿真结果相当吻合.利用高温超导体临界电流此非线性模型,本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟.