基于YBCO高温超导线圈的新型无线供电悬浮系统电能传输特性研究

近年来,以氧化钇钡铜(YBCO)为代表的第二代高温超涂层导体以其在20~77K温区下极高的载流能力以及优越的力学性能和电磁性能,被广泛应用于电力、医疗、交通、军事、能源等领域。该文设计并构造了一种基于YBCO高温超导线圈的小型充电悬浮系统,该系统可以同时实现无线充电和自稳定悬浮功能,可应用于为小型物体无线供电悬浮展示。通过理论推导和有限元仿真分析发现,将低电阻、高载流密度的高温超导线圈引入无线充电系统中,可使系统的输出功率和输出效率都有显著的提高,最大分别提高了3倍和2.6倍,在低频段提升效果尤为明显。此外,实验表明该系统在10 mm悬浮高度范围内可以保持稳定悬浮和负载电压的高效输出,解决了现有电磁悬浮和电动悬浮技术中需要设计特定磁路结构和安装内置电池或电源而导致装置复杂及持续供电时间较短等问题,为超导无线电能传输技术的应用开辟了新方向。

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。

高温超导线圈的性能研究与应用进展

以铜基氧化物超导体为代表的高温超导材料,在液氮温度下将呈现特殊的超导性。使用铜基氧化物超导带材制作的高温超导超导线圈,具备无电阻、高载流、低重量等优势,因此在强磁体、限流器、储能、电机等领域得到广泛应用。由于超导线圈处于“力-电-磁”的复杂工作环境,需要对其机械性能、交流损耗、失超等进行研究。为此,本文综述和分析了高温超导线圈的研究和应用进展。

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。

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。

用高温超导线圈和常导线圈构成的混合式电磁悬浮系统

常导电磁吸力悬浮系统悬浮气隙小、悬浮功率大,电动斥力悬浮系统不能实现静止悬浮、磁场污染大。由于受电流变化率限制,单独采用高温超导线圈构成的电磁吸力悬浮系统不能实现稳定悬浮。经分析比较,提出了一种用高温超导线圈和常导线圈构成的混合式电磁吸力型悬浮系统方案。采用这种混合式悬浮方案可增大悬浮气隙、实现稳态"零"功率悬浮、减轻车体重量、降低制冷费用、且无磁场污染。

高温超导线圈在工频交流下的失超判断

运行于电力系统中的超导电力装置可能会遭受交流过电流故障,从而导致超导态转变到常态(失超),因此检测失超是超导电力装置实际应用的重要基础。然而在交流工作条件下,超导线圈产生很大的电感电压,其幅值远大于超导线圈失超后的常态电阻电压,给失超判断带来困难。笔者应用超导线圈在交流下电感电压和电阻电压的相位变化关系原理,经过实验研究,提出了基于相位变化的超导线圈在交流下的失超判断方法,为超导线圈在交流下的失超检测提供了新的技术途径。

Φ100 mm YBCO高温超导材料及应用研究

采用固相反应法制备适用于红外探测器的高Tc超导靶材(YBCO),直径100mm,性能为:Tc≥90K,d≥4.5g·cm-3,平整度≤0.5mm,平面度≤0.1mm,无分层和裂纹;通过直流磁控溅射制得YBCO/YSZ超导薄膜,其性能为:Tc≥90K,Jc(77K)>106A·cm-2,ΔT<3K;以高Tc超导薄膜为灵敏元的十二元测辐射热计的技术指标为:响应波段1～3000μm,平均响应率R(500,12,1)>104V·W-1,平均噪声等效功率NEP<10-12W·Hz-1/2,平均探测率D (500,12,1)>2×109cm·Hz·1/2·W-1,完成了对红外、亚毫米波和3mm波成像的初步实验。

高温超导环向场D型线圈的电磁设计

随着高温超导材料和应用技术的进步,采用高温超导技术已成为未来磁约束核聚变装置的发展方向。以ITER托卡马克环向场磁体为研究和应用对象,采用YBCO带材进行了小型高温超导环向场D型线圈的电磁设计,分析了在带材的总用量一定的情况下,线圈的个数和布局对环向场磁体的临界电流、磁场强度及位形的影响,探讨了高温超导环向场磁体的电磁设计方法和技术要点。

大面积YBCO高温超导双面薄膜的生长研究

采用倒筒式直流溅射 (ICS)方法 ,辐射方式加热基片 ,通过电机带动基片旋转 ,在两面同时溅射沉积YBCO高温超导双面薄膜。在加热温度为 85 0℃ ,总压强为 35Pa ,氧氩比为 1∶2 ,靶基距 5 0mm ,基片转速 5～ 40r/min条件下 ,在 2 0mm× 2 0mm的LaAlO3(10 0 )单晶基片上制得两面性能优良且一致性很好的YBCO高温超导双面薄膜。样品两面性能达到 :Tc0 =89 1K ,ΔTc=0 2K ,Jcl=2 6 9MA/cm2 ,Jc2 =2 74MA/m2 (77K ,0T) ,Rsl=0 2 4mΩ ,Rs2 =0 2 9mΩ(77K ,10GHz,0T) ,可满足制作微波器件的要求。

Sol-Gel法制备YBCO高温超导粉及表征

以Y2 O3 、BaCO3 、CuO为原料 ,采用柠檬酸为螯合剂 ,用乙二胺作为PH值调节剂 ,通过Sol-Gel法制备YBCO超导原粉 ,在不同的温度下进行烧结。XRD分析表明烧结后的YBCO超微粉在不同的温度下获得不同的相 ,其中 80 0℃烧结得到的是Y - 1 2 3相 ,此烧结温度明显小于以前报道的烧结温度 (90 0 - 950℃ )。透射电镜分析结果表明粒径约为 80 - 1 0 0nm。

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。

倒筒式直流溅射法生长大尺寸双面YBCO高温超导薄膜

采用倒筒式直流溅射结合辐射加热方法对无源微波器件用的Y1 Ba2 Cu3O7-x(YBCO)双面薄膜生长进行了研究 ,实验结果表明 :直流非磁控溅射可以制备性能良好的薄膜 .通过基片绕支撑杆和基片表面法线旋转 ,实现了在 (10 0 )LaAlO3基片两面同时原位沉积厚度均匀的YBCO薄膜 .生长出的 2 5 .4mm(linch)高质量的YBCO双面薄膜 ,两面的Tc0 分别为 90 .3K和 90 .4K ,超导转变宽度均为 0 .8K ,两面的微观表面电阻 (Rs)随温度变化一致 ,Rs(77K ,10GHz)分别为 3 3 0 μΩ和 40 0 μΩ .在直径 3 0mm的基片上 ,薄膜的厚度均匀性良好 ,其厚度起伏在 10 %以内 .薄膜面内的Tc0 分布在 90K附近 ,Rs 都分布在 1mΩ以内 。

YBCO高温超导体PMP样品结晶前沿形貌及液相成分研究

通过扫描电镜 (SEM)观察了PMP样品的结晶前沿形貌 ,并发现了平面式生长方式。提拉速度从 1～ 4mm·h- 1 ,样品的生长方式均为平面式生长。提拉速度慢的样品结晶前沿较平整 ,但 2 11粒度明显增加。沿c轴方向生长界面没有沿ab方向平整 ,离基体较近的液相中有临时相出现 ,并首次发现台阶式生长方式。台阶非常细小 ,大约 2～ 3 μm。PMP样品Y在液相中的起始浓度很低 ,随着保温时间的延长 ,Y的浓度明显增加。Y的扩散距离为 1μm左右 ,12 3相很可能在距离 2 11相 1μm的范围内形核。

固相反应法制备高温超导材料YBCO实验的研究

介绍了固相反应法制备高温超导材料钇钡铜氧(YBCO)的实验方法,并研究了YBCO样品制备过程中不同烧结时间对样品的超导转变温度Tc及超导转变宽度ΔTc的影响。给出了实验过程中合适的烧结温度和烧结时间的参考值。

包晶凝固和高温超导体YBCO的凝固组织(二)

4高温超导YBCO的包晶凝固 高温超导YBCO是一类陶瓷材料,原先采用粉末烧结制备,得到的是大角度晶界呈混杂分布的多晶组织,具有弱连接的电学行为。这问题能在电流传导路径上排除大角度晶界和使晶界平行于超导体的ab电流传导面而大为减轻[15]。人们为了提高这种超导材料的超导临界电流Jc等性能,

双轴织构金属基带上沉积YBCO高温超导膜的研究

制备了立方织构和｛１１０｝双轴织构的银基带，通过准分子激光方法在所制备的双轴织构的银基带上直接沉积了ＹＢＣＯ超导薄膜，其中在｛１１０｝双轴织构的银基带上沉积的超导满膜的临界电流密度Ｊｃ值达到２×１０５～５×１０５Ａ／ ｃｍ２（７７Ｋ， ０Ｔ）．

H_2O和CO_2对YBCO高温氧化物超导体超导电性的影响

通过对YBCO高温氧化物超导体长期的实验现测，发现空气中的水份和CO2是逐渐侵独到超导体内部的．本文对这一过程进行了分析和讨论，并指出采取适当的保存方法，可使高温氧化物超导体长期保持起导特性．

用电泳技术制备YBCO高温超导厚膜

介绍了电泳技术制备YBCO高温超导厚膜的实验方法和YBCO高温超导厚膜的电学性质测量 ,讨论了在学生小型科研实验或设计实验中开展此实验的学时安排、注意事项和实验内容的扩展 .

高温超导带材YBCO涂层导体的失超传播特性研究

在液氮(77K)环境下对YBCO涂层导体的交、直流失超传播特性进行了研究。测量了交、直流情况下的失超传播速度以及最小失超能量;分析了超导带材的失超传播速度与传输电流的关系;推导了一维模型下的失超传播速度计算公式。结果表明,当带材的传输电流交流(有效值)与直流相同时,交、直流失超传播速度基本一致,交流的最小失超能略小,且随着传输电流的增大最小失超能间的差距加大。