用于高功率微波器件的传导冷高温磁体研制

为了利于高功率微波系统的紧凑化和小型化,降低系统能耗,对产生引导磁场的超导磁体系统进行了研究设计。超导磁体使用稀土钡铜氧化物线饼组成。低温系统采用4台小型风冷式斯特林制冷机对超导磁体冷却。为了适用于车载环境并降低漏热,采用了一种非金属材料的新型锥体结构作为磁体的承载结构,并通过仿真分析了一般的车载环境下的磁体结构承载情况。整个高温超导磁体工作温区为40~50 K,达到目标场时的通电电流为77.49 A,均匀区场强达到4 T。整个系统能耗较传统技术降低80%。通过实验测试出高温超导磁体的温度运行上限为48.9 K。

行波磁场中高温超导电动悬浮磁体的热性能研究

地面线圈的交变磁场会在超导电动悬浮磁体中感应出涡流,产生涡流损耗,导致磁体温度上升。该文研究地面推进线圈产生的行波磁场对车载高温超导磁体热性能的影响,首先介绍高温超导磁体和推进线圈结构,分析行波磁场空间分布特征;搭建高温超导磁体热性能测试平台,测量行波磁场激扰下超导磁体内关键组件的温度分布,揭示各组件温度耦合关系;最后探究行波磁场频率和峰值对磁体温升的影响规律。结果表明,行波磁场激扰下,超导线圈的温升可忽略不计,但辐射屏温升显著,进一步使超导电流引线温度升高,增大电流引线失超风险,为此提出2种方法来限制电流引线温升。该研究成果可为高温超导悬浮磁体低温结构和电流引线的设计提供参考。

跑道型高温超导磁体的磁场解析计算模型

基于均匀电流密度假设和毕奥-萨伐尔定律,该文建立了三种计算跑道型高温超导磁体磁场的解析模型。通过有限元仿真和实验测量验证了解析模型的有效性,对比分析了三种解析模型的计算精度和效率。基于解析模型,探究了椭圆段和电流密度穿透深度对跑道型超导磁体磁场分布的影响,揭示了自洽模型的磁场边界大小对超导磁体临界电流估计值的影响规律。该文建立的磁场解析模型能够准确快速地计算复杂形状超导磁体和常导磁体的磁场,可进一步应用于磁体电感、临界电流、交流损耗和电磁力等参数的计算,以提升磁体电磁设计效率。

热开关和多脉冲励磁的类比特高温超导模型磁体的捕获磁通及电磁特性研究

高温超导磁体因其体积小、高实用性、高场强等优点,在科学研究等领域具有广泛的应用。然而,高温超导带材之间焊接技术的不成熟,很难实现持续电流模式。该文提出一种利用RE-Ba-Cu-O(RE为稀土元素,REBCO)超导片堆叠组成的类比特高温超导模型磁体,该模型磁体不但没有焊接电阻的影响,而且实现持续电流模式。该文说明单片REBCO超导片和由超导片堆叠而成的类比特高温超导模型磁体的结构细节,介绍采用热开关和多脉冲励磁的方法,说明通过COMSOL模拟利用热开关和多脉冲电源对超导片以及类比特高温超导模型磁体进行励磁的过程,证明其能够实现持续电流模式,并对其在持续模式下运行的捕获磁通和电磁特性进行仿真分析以及实验验证。结果表明,热开关和多脉冲励磁的方法可以激励类比特高温超导模型磁体。与传统高温超导磁体相比,由多个超导片堆叠而成的高温超导模型磁体可在无电流引线的情况下实现闭环运行,避免无阻焊接的技术瓶颈。

2∶17型Sm-Co高温永磁体的研究

用粉末冶金工艺制备了Sm(CobalFevCu0 .0 88Zr0 .0 2 5) 7.5(v =0～ 0 .3 0 )烧结磁体 ,通过系统研究Fe含量对磁体的室温及高温磁性的影响 ,制备出了具有很好的高温稳定性的永磁材料Sm(CobalFe0 .0 7Cu0 .0 88Zr0 .0 2 5) 7.5,在 5 0 0℃时其磁性能为 :Br=0 .687T ,bHC=42 9.7kA·m- 1 ,iHC=63 7 4kA·m- 1 ,(BH) max=83 .7kA·m- 1 。比较了该材料与商业用高矫顽力Nd Fe B和高矫顽力 2∶17型Sm Co磁体的高温磁性。

Sm(Co_(bal)Fe_xCu_(0.088)Zr_(0.025))_(7.5)(x=0-0.30)烧结永磁体的磁性及其高温特性

用粉末冶金工艺制备了Sm（CobalFexCu0.88Zr0.025）7.5（x=0-0.30）烧结磁体,对Fe含量x对磁体的磁性及其高温特性的影响进行了系统研究.随Fe含量的增加,最大磁能积（BH）max和剩磁Br逐渐增加,分别在x为0.21和0.27时达到了最大值205kJ/m3和1.055T,然后迅速下降.当x≥0.24时,磁体中开始有FeCo软磁性相析出,破坏了磁体的永磁特性.Fe含量对磁体高温稳定性有巨大的影响,在Fe含量x=0.21时,磁体内禀矫顽力温度系数β为-0.23％/K;当x=0.07时,β降至-0.14％/K（293-723K）.制备出有很好的高温稳定性的永磁材料Sm（CobalFe0.07Cu0.088Zr0.025)7.5,在723K时其磁性能为:Br=0.725T,bHc=517kA/m,iHc=764kA/m,（BH）max=95 kJ/m3,B-H退磁曲线保持为直线.

新型高温永磁体的研制

通过分析影响磁体高温性能的因素,设计了新磁体的成分为:Cu含量高,Fe含量低,Zr适量,Sm含量高;采用粉末冶金工艺制备了高温Sm_2(CoFeCuZr)_(17)永磁体。制得的磁体室温磁性能为:B_r1.075 T,H_(ei)2 098.2 kA/m,H_(eb) 776.1 kA/m,H_k843.8 kA/m,(BH)_(max)210.0 kj/m^3;在200℃时的磁性能为:B_r0.991 T,H_(ci)1 175.7 kA/m,H_(cb)531.7 kA/m,H_k577.9 kA/m,(BH)_(max)172.5 kJ/m^3;矫顽力温度系数β(20～200℃)为-0.24％/℃。经理论分析和实验验证,磁体的使用温度均超过400℃,为高温环境(高于400℃)提供了一种实用性永磁材料。

真空技术在高温超导电动磁浮交通系统中的应用

高温超导电动磁浮交通系统中,真空技术的应用可为高温超导磁体提供良好的真空环境,使得线圈实现超导态所需的性能可获得与维持,进而满足列车牵引、悬浮和导向的运行需求。本文介绍了高温超导电动磁浮交通系统的基本原理和车载高温超导磁体的结构组成,通过真空系统设计和真空获得设备选型,结合真空测量与检漏技术,完成了真空度为1×10^(-5)Pa、最大漏率为1.33×10^(-10)Pa·m^(3)/s的高真空保持系统超导磁体产品开发,且已于我国自主研制的首套高温超导电动悬浮全要素试验系统中稳定服役。

YBCO高温超导磁体线圈的设计与优化

基于YBCO涂层导体的临界电流特性,采用有限元数值计算法设计了一个螺管型结构的混合带材高温超导磁体线圈。根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场分量在线圈中的位置分布。为了进一步提高磁体的工作电流和储能量大小,在考虑到磁场分量最不利点位置分布的情况下,对涂层导体磁体的结构和形状进行了优化,其结果对涂层导体超导电力装置的设计和构造具有一定的指导意义。

冷却高温超导磁体的大冷量单级G-M制冷机

随着高温超导磁体在电工技术方面日益广泛的应用 ,如高温超导限流器、高温超导变压器、高温超导储能系统等 ,对工作在 30K～ 4 0K、并可提供 50W～ 1 0 0W制冷量的低温制冷机提出了需求。常规的单、双级G M制冷机产品不能满足高温超导磁体的冷却要求。本文初步得到了提高单级G M制冷机性能、增大4 0K温度以下制冷量的方法 ,并在一台常规单级G M制冷机上验证 ,获得了 30W/4 0K制冷量的好结果 ,指明了研制这种大冷量G M制冷机的方向 ,为成功研制冷却高温超导磁体的大冷量单级G M制冷机走出了第一步。

300MJ环状高温超导储能磁体的优化设计

介绍了300M J环状高温超导储能磁体优化设计的步骤。为了提高优化设计的效率,减少常规寻优方法的计算量,将改进的粒子群优化算法引入到高温超导储能磁体的优化设计中,给出了用B i-2223超导线材进行300M J环状储能磁体设计的优化结果,并采用商用电磁场有限元分析软件ANSYS对本文关于环状螺线管系统磁场、能量计算方法的正确性进行了验证。

直接冷却的高温超导磁体热稳定性有限元仿真

制冷机直接冷却超导磁体是一门新兴技术,研究超导磁体在直接冷却下的热稳定性具有重要意义。用有限元方法解决复杂边界问题的热力学问题非常有效,而有限元分析软件ANSYS能使得用有限元法解决问题更加方便。该文用有限元方法对直接冷却高温超导磁体进行了热稳定性数值仿真。仿真结果表明,在设定热负荷作用下,直接冷却的B i2223系高温超导磁体具有较好的热稳定性,磁体温度低于其临界温度。

电力系统动模实验用50kJ高温超导储能磁体的设计研究

介绍了 2 0 K下对电力系统动模实验用 5 0 k J高温超导储能磁体的设计步骤 ,给出了用 Bi- 2 2 2 3单根超导带进行5 0 k J磁体线圈的设计和优化结果 ,分析了高温超导体的各向异性对磁体临界电流的影响和磁体漏磁的分布 ,并讨论了用单根高温超导带组成的超导体和用多根高温超导带组成的超导体设计的储能磁体的特性参数对改善电力系统动态特性的能力的影响。

高温超导磁体试验装置设计

在高温超导磁体试验装置设计中,冷却方式有制冷机传导冷却和液氮浸泡冷却两种。制冷机传导冷却是将磁体通过一种热导率高的材料与制冷机冷头相连。该方式为保证绝缘、冷量传递、温场均匀性等指标,对磁体的结构设计要求较高;液氮浸泡冷却是将高温超导磁体浸泡在液氮中,该方式虽然对磁体结构设计要求有所降低,但在试验过程中需定期补充蒸发掉的液氮,试验过程较繁琐。有鉴于此,我们设计了一套利用热虹吸原理的零蒸发液氮浸泡冷却高温超导磁体试验装置,超导磁体吊装在杜瓦上盖板法兰下,液氮浸泡超导磁体,带GM制冷机的液氮再冷凝杜瓦与超导磁体分开,用一根真空绝热管道将两者连接起来,利用热虹吸原理构成自循环系统。

制冷机传导冷却固氮保护的高温超导磁体系统的研究进展

简要的回顾了制冷机传导冷却固氮保护的高温超导磁体系统的发展历史,介绍了此磁体系统的特点,并展望其未来发展趋势。

新型高温稀土永磁体的研究概况

简要介绍了新型高温永磁体Sm(Co ,Fe ,Cu ,Zr) z 的研究现状 ,总结了提高高温磁体的最高使用温度的方法 ,并对今后的研究方向作了评述。

考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计

超导磁体是超导磁储能系统(SMES)的核心部件,其优化设计可以提高SMES的经济性和运行性能。提出了一种考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计方法,该方法以有限元方法为基础,选取遗传算法作为优化工具,对高温超导磁体的内径、单饼匝数和双饼个数进行了优化。该方法将超导磁体的优化分为了两个部分,一次优化以磁体的用线量为优化目标,二次优化将交流损耗低为优化目标。最后用此方法对储能容量为150 k J的高温超导磁储能磁体进行了优化设计,经过两次优化后的150 k J磁体方案兼具低用线量和低交流损耗的优点。

成分对高温永磁体Sm(CoFeCuZr)_z显微组织和磁性能的影响

成分是影响Sm(CoFeCuZr) z 性能的关键因素之一。本文概述了成分对高温永磁体Sm(CoFeCuZr) z 显微组织和磁性能影响的研究状况。并指出了掌握成分与显微组织和磁性能的关系 ,对制造高性能高温永磁体Sm(CoFeCuZr) z 的现实意义。

制冷机直接冷却高温超导磁体的实验研究

利用 5W / 2 0KGM制冷机对高温超导磁体 (HTS SMES)进行了直接冷却实验研究 ,HTS磁体用Bi 2 2 2 3带材绕制 ,内径 72mm ,外径 112mm ,高 110mm .高温超导磁体经过 16h冷却 ,达到 2 5 .4K低温温度 .磁体轴向温差为 2 .8K ,径向温差小于 1K .实验表明 ,设计的高温超导磁体直接冷却结构和实验装置是可行的 ,为高温超导磁储能磁体直接冷却取得了理论分析依据和实验数据 .

分磁环对高温SMES磁体交流损耗的影响研究

高温SMES磁体的交流损耗是制约其投入实际应用的因素之一,交流损耗的大小与超导导线所承受的磁场位型关系紧密,加装分磁环是改变超导磁体磁场位型的手段之一,因此对交流损耗的抑制也有实际意义。文中对高温SMES螺线管磁体进行了有限元建模,阐述了分磁环对减小超导磁体交流损耗的原理,分别计算了超导磁体在加装分磁环与未装分磁环下交流损耗的大小、分布,分析了分磁环的降损率参数r随磁体电流的变化规律,并对提高分磁环降损率的关键问题进行了探讨。