YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。

高温超导YBCO线圈交流损耗的频率特性

YBCO线圈的交流损耗直接关系到YBCO设备的运行成本及稳定性。实现对YBCO线圈交流损耗的快速、准确测量,对于开展YBCO涂层导体的应用研究具有重要的意义。文中采用电测量法,在77K、零场和不同频率条件下,对YBCO线圈通以不同运行电流时产生的交流传输损耗进行测量。构建了YBCO线圈交流损耗的数值计算模型,对YBCO线圈交流损耗进行理论研究,最后将实验数据与理论计算结果进行比较,两者结果基本一致。可以发现,YBCO线圈在频率低于75Hz时,交流传输损耗随频率的增大而减小,当频率从75Hz增加到195Hz时,交流传输损耗随频率的增大而增加。

临界电流磁矢量分析法在YBCO线圈上的验证

高温超导磁体临界电流磁矢量分析法准确地预测了BSCCO高温超导磁体的临界电流,为了进一步验证该方法预测YBCO高温超导磁体临界电流的准确性,文中作者用9.3m二代高温超导YBCO带材绕制了一个内径为70mm,外径为100mm,共35匝的单饼,测试了单饼5-15匝,15-25匝,25-35匝和5-35匝在77K下的临界电流,并用磁矢量分析法进行了仿真分析。通过对比发现,仿真分析和实验结果的误差在5%左右,最大误差是6.75%,最小误差是4.77%,验证了磁矢量分析法在预测YBCO高温超导磁体临界电流时的准确性。

高温超导YBCO线圈交流损耗实验研究与分析

交流损耗是高温超导YBCO线圈设计的一个重要参数,直接关系到高温超导装置的运行成本和稳定性。文中利用热测法实现对高温超导YBCO线圈交流损耗的准确测量,并给出了高温超导YBCO线圈的理论数值计算模型,通过理论计算值与实验结果的比较分析,两者结果基本相符。研究结果为开展1MJ高温超导储能-限流磁体的研制具有十分重要的指导意义。

YBCO线圈交流损耗的有限元分析与实验验证

随着高温超导YBCO带材载流能力的不断提高和成本的逐渐降低,YBCO线圈及磁体的应用将日益广泛。文中利用有限元方法研究了YBCO线圈的交流损耗特性,计算了50Hz下线圈的瞬时交流损耗,分析了每匝带材中的电流和磁场分布。仿真结果表明,线圈内侧承受的磁场最大,但线圈中部每周期的交流损耗最大,且线圈中始终存在未被磁场穿透的区域。除此之外,文中实验测量了YBCO线圈的临界电流和交流损耗,实验结果良好地验证了仿真方法的正确性。

用于超导脉冲变压器的双饼线圈交流损耗优化

基于二维轴对称H方程法对用于高温超导脉冲变压器的YBCO双饼线圈进行了有限元建模与仿真,研究了分磁环参数和开槽数对YBCO双饼线圈传输原边电流时的磁场特性和交流损耗的影响。仿真结果表明,分磁环能够显著减弱双饼线圈的径向磁场,降低其交流损耗。对分磁环开槽后,径向磁场主要分布在开槽处。当分磁环相对磁导率为100,与线圈间距为0.25 mm,厚度为1 mm,开槽数为3时,双饼线圈交流损耗降低了64.9%。

不同环氧材料及其浸渍的超导线圈的应力特性

主要研究由液氮与线圈温差产生的热应力是否会破坏YBCO高温超导线圈,从而为实际操作过程中线圈受力损坏的来源提供一定的参考。将多种环氧材料热膨胀系数测试的结果用于仿真计算后,与相应的YBCO带材临界应力测试结果相比较,发现经配置的环氧树脂浸渍处理的线圈、液氮冷却过程中产生的热应力不会破坏线圈。