基于子域模型的高温超导绕组电机磁场解析计算

为了研究高温超导绕组电机的磁场分布,提出一种磁场解析计算方法。根据超导电机结构特殊性,考虑超导材料特性,把超导电机的磁场作为线性稳定磁场处理。在二维平面坐标系中,对高温超导绕组电机磁场求解域进行子域划分,建立了各子域矢量磁位拉普拉斯方程或泊松方程。根据边界条件利用分离变量法分别求解各子域的拉普拉斯方程或泊松方程通解。将高温超导体的临界电流参数、电机极对数、高次谐波、每极每相槽数的影响作为附加约束条件,求解各个子域的矢量磁位和磁感应分量的解析表达式。计算了空载气隙磁密、空载反电动势和相关电磁性能参数,与有限元计算结果进行比较,结果表明该解析计算方法有效且准确,对超导块材和线材电机磁场分析、参数计算具有一定的参考意义。

饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组绝缘

简要介绍了常用低温绝缘材料的性能参数和作为高温超导绕组绝缘的适用性。详细介绍了聚酰亚胺薄膜胶带作为高温超导绕组匝间绝缘的直流击穿试验,以及饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组绝缘结构、制作工艺等。通过220k V饱和铁心型超导限流器的电气性能试验验证了高温超导绕组绝缘的可靠性,不仅能满足不同运行工况下的技术要求且有较大安全裕度。

并绕铜带对高温超导绕组交流损耗影响实验研究

在许多超导电力设备的应用中,超导绕组的机械性能和电流过载能力是关乎设备运行安全性和可靠性的重要现实问题。利用铜线(或铜带)与高温超导带材平行绕制的方法是解决这一问题的可行方案之一。但这种方案有可能带来额外的交流损耗。为了研究这一问题,制作了两个尺寸相同的超导绕组,绕组内径70mm,外径90mm,高45mm,其中一个绕组由超导带与铜带并绕而成,另一个则由超导带材单独绕制而成。两个样品使用的超导带材均为一代Bi-2223/Ag高温超导带,宽4.6mm,厚0.22mm;铜加强带宽5mm,厚0.1mm。采用了卡路里法对比研究了两个样品的交流损耗。实验结果显示加入铜带没有明显增加超导绕组的交流损耗。因此,超导绕组中并绕铜带不失为一种有效提高超导绕组机械性能和过载能力的方法,在超导电力设备中有一定的应用价值。

并联超导带材/绕组的电流分布特性

通过对并联超导带材和并联超导绕组的实验研究,分析了直流通流时并联超导支路的电流分布特点,指出当各支路均处于超导态时,电流分布主要取决于接头电阻,当某支路接近失超临界点时,电流分布存在自调节机制,这有助于提高超导支路的整体通流能力。文中还详细分析了电流自调节机制出现的条件和可调节的程度。

磁控超导限流器直流绕组结构改进方法仿真研究

通过改变直流绕组结构,可以改变磁控超导限流器(饱和铁心型)磁场分布,有利于减小励磁成本。提出了一种具有新型直流绕组结构的磁控超导限流器,按照设计要求对铁心与线圈的主要参数进行了详细设计。针对超导绕组的电磁特性提出了改变直流绕组的结构及采取不均匀绕制方法,用以减小超导绕组分布的磁场强度,增大其通流能力的方法。通过ANSOFT有限元分析软件分析了限流器不同结构下的磁场强度分布及最后的限流效果。仿真结果表明,改变限流器直流绕组结构,能有效增大交流侧磁饱和程度,减小直流超导绕组磁场分布,增大其通流能力,磁控超导限流器限流能力满足预期要求。

35kV/90MVA挂网运行超导限流器结构与性能介绍

本工作完成了一台用于输电电网故障短路电流防护的三相35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器的设计、制造,并计划在2007年底前将其接入南方电网220kV普吉变电站长期挂网试运行。饱和铁心型超导限流器是人们到目前为止所研究的形形色色的超导限流器中的一种,具有限流功能可靠性高、电网重合闸所需的恢复时间短、超导体限流时不失超,因此无冷却剂大量气化的后顾之忧等优点。本文介绍这台装置的原理、结构、功能和主要技术参数,并给出一些重要的出厂实验数据。

35kV超导限流电抗器直流系统技术分析

分析了35kV超导限流电抗器的直流励磁系统的关键技术:超导绕组的设计制作主要是考虑匝间绝缘、匝间之间的电动力、以及绕组与液氮之间的热交换。直流电源系统的关键是稳态、限流态和恢复态的动作特性。在稳态时,直流源提供恒定的大电流低电压输出;当系统有短路故障时,限流器即转为限流态,直流系统能在5ms内将直流励磁电流降为0,使交流绕组呈现高阻抗状态以限制短路电流;在恢复态时,能在600ms内将直流励磁电流恢复到稳态运行值,使交流绕组呈现低阻抗状态。通过现场的短路试验测试验证了直流系统的动作特性。

基于国产YBCO带材的高温超导发电机的研制

随着可再生能源工业的发展对发电机技术提出更高容量和更大功率密度的需求,高温超导发电机在海上风力发电机领域有着广阔的应用前景。中国科学院电工研究所与上海电气集团上海电机厂有限公司合作研究高温超导发电机技术并研制基于国产YBCO带材的500 kW高温超导发电机原理样机。500 kW高温超导发电机为首台基于国产YBCO超导带材的高温超导发电机。目前,超导发电机已经完成研制工作并进行满负荷运行测试,电机运行良好,各项指标依据国标测试达到预期值。该文着重介绍500 kW高温超导发电机系统的研制工作,其中包括国产YBCO带材和9%Ni低温导磁钢的电磁特性研究,超导励磁绕组的优化设计和研制,同时介绍500 kW高温超导发电机的系统级测试工作,包括空载特性、负载特性、满载效率,并给出相应实验测试结果。

基于ANSYS的大电流高温超导线圈的环流分析

超导材料由于其零电阻特性,与常导线圈相比较,绕组各支路间漏电抗微小的不平衡将会引起很大的环流。环流的存在使磁场分布更加不均匀,从而影响交流损耗和临界电流。该文采用磁场与电路分析相结合的方法,应用有限元法分析漏磁场并计算电感系数矩阵的基础上得到电路方程,计算双饼超导线圈绕组的支路电流分布,并分析了支路电阻对环流的影响。计算结果表明:超导材料的零电阻特性所引起的环流是相当大的,不容忽略,并且支路电阻越大,支路电流越接近,支路电流趋向均匀,总的电流不平衡度逐渐减小,形成的环流逐渐减小。

采用超导电机的牵引电传动装置

文章简要介绍了超导电机研制情况,包括超导电机样机的类型及功率等。分析了5种超导电机的牵引电传动装置的优缺点。指出,就内燃机车而言,超导换向器电机传动装置和超导隐极电机传动装置具有竞争力;超导隐极电机传动装置制造工艺简单、工作可靠、效率较高,因而现阶段应优先发展。

电力变压器的节能新趋势

节能降耗是未来电力变压器的重要发展方向。本文分析与总结了几种具有发展前景的变压器节能新技术,包括采用多级接缝铁心结构与非晶合金铁心材料,绕组采用高温超导技术。

80kA超导变压器绕组的电磁分析与实验研究

为了满足未来聚变堆用CICC导体的测试需要,中国科学院强磁场科学中心正在研制一套大型的CICC导体测试系统。80k A超导变压器作为导体样品的电流源,是测试系统的关键部件。其绕组由单根Nb Ti股线密绕的初级绕组和采用ITER CC导体绕制的次级绕组组成。首先详细介绍了80k A超导变压器绕组的设计参数和研制过程,然后采用数值方法对其电磁特性进行了仿真分析。最后,采用低温液氦实验和自动电桥平衡测试方法分别对变压器初级绕组和次级绕组进行了详细的研究,从而对超导变压器绕组的电感和磁场分布等电磁特性进行了的准确评估。

高临界温度超导励磁绕组与无槽电枢直流电动机

本文阐述超导励磁绕组和无槽多重路电枢大功率直流电动机的结构和特点。用这种型式的电枢能比其他型式设计出额定功率大得多的直流电动机。高临界温度超导励磁绕组能使励磁系统的结构相对简单，重量较轻。

10MW级高温超导励磁绕组同步风力发电机的研究

本文采用有限元法研究了10MW级高温超导励磁绕组风力发电机的电磁设计，给出了设计方案并且分析了发电机特性。10MW级高温超导风力发电机从电磁设计的角度上看是可行的。本文研究了8极和12极两种方案，从结果中可以看出8极的设计方案要优于12极方案。分析结果也显示出高温超导风力发电机的同步电抗较小。因此，针对大短路电流采取合适的防护措施是十分必要的。

一台超导体动态同步调相机的运行经验

一台8MVar，13.8kV同步旋转电机——动态同步调相机（又称为同步补偿机），已并入田纳西流域管理局电网，正在运行中，用以向田纳西州加勒廷市一台电弧炉提供无功功率（VAR）支持。该机备一个高温超导体励磁绕组和一个常规的定子绕组。这台同步调相机底脚小，可以用拖车快速运输，使它容易安装在变电站。这台高温超导体动态同步调相机，可以按需要动态地投入超前或滞后无功伏安进行无功补偿，以此来提高电力系统的利用率。在现场进行试验的意图是证明：该高温超导体动态同步调相机不仅是一种用来处理电弧炉闪变新的优先选择方案，而且它每天还可以控制成千上万个输电瞬变过程。该调相机已经在抵消具有很大负序（〉30％）和零序（〉15％）电流成分的瞬时干扰。备有一个铜质外壳式连续阻尼绕组的转子，可以很小的温升非常有效地吸收由负序和零序电流所产生的热量。定子绕组在最大容许温度的范围内，也已经受住上述电流。这种调相机不会像常规同步调相机那样：因负载变化而缩短励磁绕组的使用期限。这是因为在空载与满载之间高温超导体励磁绕组只需要励磁电流做小的改变，并且它通常在恒定的低温下运行。这种高温超导体电机所用能量小于常规同步调相机所用能量的一半，并且大致与一台现代柔性交流输电系统所用装置消耗的能量相同。该电机于2004年10月首次与田纳西流域管理局电网同步化，并且从2005年1月起开始正常运行。本文讨论了该调相机在电弧典型燃烧周期内所经历的瞬变过程以及提供的无功伏安数。