Comparative Study of 10-MW High-Temperature Superconductor Wind Generator with Overlapped Field Coil Arrangement

The electromagnetic characteristics and iron loss of a high-temperature superconductor wind generator(HWG)equipped with an overlapped field coil arrangement(OFCA)are studied by comparing with the one equipped with the conventional field coil arrangement(CFCA).Through a quantitative analysis,it was found that HWG with OFCA exhibits better electromagnetic characteristics than HWG with CFCA and can reduce the iron loss by eliminating the magnetic flux sag caused by the adjacent field coil sides with the same current flow direction.In addition,the OFCA topology can further reduce the volume of the wind generator.

基于超导的小型化磁粒子成像系统仿真构建

针对磁粒子成像技术尚停留在实验室鼠用设备阶段,传统线材线圈过大,无法在可接受的设备体量内达到临床人体检测所需磁场强度的问题,提出了一种基于超导技术构建高场强、小型化磁粒子成像设备的方法。采用高温超导MgB_(2)线圈替代传统铜线圈,构建磁粒子成像选择场与驱动场。结果表明,在达到相同磁通量的情况下,超导磁粒子成像系统可将两组功能区总质量降低为0.01 kg,设备体积缩小至7 L。在此基础上,采用超导线圈构建梯度磁场还能够获得更高的变化斜率,使零磁扫描区边缘更为清晰规则,移动过程中形态更为稳定,平均直径缩小近二分之一。

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。

超导无线电能传输技术

近年来,无线电能传输技术已成为了热点技术。与传统电能传输方式相比,无线电能传输更为方便、安全,并已被应用于多个领域。由于无线电能传输效率取决于发射与接收线圈本身的电阻,线圈电阻越小,传输效率越高。超导体所具有的直流零电阻、交流低损耗的特性,使得超导材料用于无线电能传输具有显著的效率优势。介绍了超导无线电能传输技术的研究现状,中国科学院应用超导重点实验室关于超导无线电能传输方面已经开展和正在进行的研究工作,指出了超导无线电能传输技术潜在的应用前景。

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。

基于超导的三位置重力梯度轴向分量测量方法

基于超导的完全抗磁性与磁通量子化效应,利用超导线圈的电感变化响应质量块位移,进一步通过超导回路将电感变化转变为电流变化,通过三个位置的不同电流值直接得出重力梯度的轴向分量,而不用具体计算重力值。通过分析重力梯度的测量原理可知,将测量得到的比力梯度轴向分量减去另外两个方向角速度分量的平方和,即可以得到重力梯度轴向分量。对质量块进行受力分析可知,比力由磁场力和弹簧力组成,磁场力与超导回路中的电流有关,而此电流与质量块位移引起的电感变化相关,同时受初始注入电流时捕获的磁通量子与检测部分输入线圈影响。利用三个位置的比力计算公式,并考虑中间位置的左右极限近似相等,从而得到比力梯度与三个位置电流的计算公式。结合工程实际对测量系统进行了初步参数设计,可以预期得到1E的测量精度。

HTS双饼线圈的加工工艺及实验研究

详细介绍了高温超导双饼线圈的加工工艺和流程,针对绕制时带材弯曲形变使临界电流退化的技术难点,重点阐述了其解决方法。在液氮温度、自场环境下对采用该加工工艺制作的YBCO双饼线圈及Bi2223/Ag双饼线圈进行低温实验,测试其V-I特性曲线。实验结果表明:该工艺制作的双饼线圈性能良好,工艺安全可靠,是合适的。同时,实验测量数据也为线圈在磁体中的进一步应用提供了可靠依据。

150kVA超导线圈和锂电池-电容组合式SVG-APF设计技术

超导线圈和锂电池-电容组合式SVG-APF可以防止由'堵转多米诺效应'(Choke Domino Effect,CDE)引起的电压崩溃,也可以进行谐波治理从而提高电能质量。从应用角度出发,系统地总结了在研制380 V/150 kVA超导线圈和锂电池-电容组合式SVG-APF过程中解决的关键技术:在高频、过压、过热环境下确保IGBT、控制模块和控制电路等大功率电力电子设备可靠稳定运行;利用数字滤波器、数字锁频、锁相等软件算法技术确保SVG-APF的精准输出,向电力系统输出工频同相电压实现无功补偿、向电力系统输出同频同幅反相谐波实现有源滤波。

Sn-9Zn/Cu 焊点界面反应及其化合物生长行为

通过扫描电镜（SEM）等手段研究了Sn-9Zn/Cu在不同浸焊时间与时效时间等条件下的界面反应及其金属间化合物（IMC）生长行为。结果表明：在浸焊后,Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面形成了扇贝状的界面化合物Cu5Zn8,IMC层厚度随着浸焊时间与时效处理时间的增加而增加,未时效处理的焊点界面IMC与铜基板接触的一面较为平直,而与钎料接触的一侧呈现出锯齿状,随着时效时间的增加,界面变得越来越不平整;另外在IMC层与焊料之间产生裂缝现象,分析认为是由于钎料与IMC之间的热膨胀系数差异导致热应力形成裂缝。浸焊600 s后的试样在时效15 d后IMC层与Cu基板接触侧产生了与初始金属间化合物Cu5Zn8不同的三元化合物Cu6（Sn,Zn）5。

ITER校正场线圈接头去镍及表面后处理工艺研究

分别采用机械打磨去镍加热镀锡工艺和反电镀去镍加电刷镀银工艺制作一对接头,然后对接头进行低温直流测试,测得前者的直流电阻为1.98n-,后者的直流电阻为1.53n-。对比分析可知,反电镀去镍和电镀银工艺更有效、更简单。这些工艺研究对ITER校正场线圈超导接头的制作具有重要指导意义。

传导冷却高温超导储能磁体制作

介绍高温超导储能的特点,提出一种超导储能磁体的结构及其制作工艺,能保证了超导磁体的导冷效率、绝缘强度,还有效地提高了磁体的机械强度。

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。

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。

高温超导体在未来聚变装置中的应用

简要地介绍了磁约束托卡马克装置中用超导磁体代替常规磁体的发展方向 ;叙述了可能用在聚变中的两类高温超导材料 ,并讨论了托卡马克磁体对高温超导体的特殊要求 ;描述了高温超导体的聚变应用进展 ;介绍了高温超导电流引线以及 A- SSTR2反应堆高温超导环场 (TF)

磁谐振成像系统中高温超导线圈的研制

将混合位积分方程与矩量法结合 ,分析了用于磁谐振成像系统中的高温超导螺旋型接收线圈的谐振特性 ,设计了用于 0 2T和 0 5T磁谐振成像系统中的接收线圈 .采用分析高温超导材料高频特性增强的二流体模型计算了超导材料的电导率 ,模拟结果与测试结果吻合较好 .同时 ,用矩量法分析了两个螺旋线圈之间的耦合及近场特性 。

由超导线圈和大块超导体构成的磁性轴承的力密度研究

介绍了日本由超导线圈和大块超导体构成的磁性轴承在力密度方面的研究成果。

高场铁基超导内插线圈制作工艺的研究

铁基高场内插线圈制作工艺及性能测试技术开发研究是进行铁基超导体设计的关键内容,其关系着制造的铁基超导体是否稳定可靠。在正式进行铁基线圈绕制前,开展了线圈绕制过程中相关力学分析以及全尺寸模型线圈的研制工作。本文对线圈绕制张力及线圈预紧力进行了计算并分析,同时详细地给出模型线圈的绕制、热处理、真空压力环氧浸渍(VPI)和装配等工艺方法与流程,解决绕制期间出现的问题。最终确定不锈钢带绕制张力取5 kg(49 N),铁基超导带材绕制张力取2 kg(19.6 N),线圈最大径向应力及最大轴向应力分别为23.5 MPa及78 MPa,均小于铁基带材热处理前抗拉强度200 MPa,模型线圈的绕制、热处理制度、VPI工艺及装配结果等均满足设计要求,验证了制作工艺的可行性。

高温超导无绝缘线圈的电-磁-力耦合行为研究

基于有限元H方法,考虑力学变形对二代高温超导REBCO(稀土-钡-铜-氧)带材临界电流密度的影响,构建了高温超导无绝缘线圈的二维电-磁-力耦合模型.通过在自场充电条件下与常规的等效电路模型结果进行对比,验证了模型的可靠性;对高背景磁场下线圈的磁化和充电过程进行模拟,分析了线圈的电磁及力学行为,得到了耦合条件下线圈中临界电流密度的分布.结果表明:磁化和充电过程中电流密度、偏转角、环向应变和环向应力的方向均相反;与磁化电流反向的感应电流在背景磁场稳定而充电尚未开始时已出现.与顺序求解的结果相比,考虑力学变形的影响会导致临界电流密度的分布不再具有对称性,且靠近线圈上端的区域的临界电流密度较小;此外,当忽略力学变形的影响时,数值结果会高估线圈的屏蔽磁场.

电动汽车无线充电枪及特性研究

提出了电动汽车无线充电枪概念。考虑到高温超导线圈的品质因数高于铜线圈,在提出的电动汽车无线充电模式中采用高温超导线圈作发射线圈,铜利兹线圈作接收线圈。在COMSOL中建立超导发射线圈恒流模式下与铜利兹接收线圈的二维磁场-电路多场耦合模型,仿真分析了系统功率及传输效率随接收线圈半径的变化规律,以及发射线圈、接收线圈不同半径比下,系统功率及传输效率随负载电阻的变化规律,为电动汽车无线充电系统的具体参数设计提供了依据。

基于高温超导带材特性测量的跑道型磁体设计

随着超导材料应用逐渐广泛,对于超导带材在背景磁场下交流损耗及临界电流等特性的研究也日趋重要。为满足高纵横比的长高温超导带材特性测量实验要求,本文对跑道型背景磁体进行了研究设计。首先本文对跑道型亥姆霍兹线圈进行空间磁场理论分析,利用Matlab数值模拟计算出磁体尺寸最优参数,并通过COMSOL Multiphysics5. 3软件仿真验证参数最优性。同时改变线圈电流,观察磁场范围大小及其均匀度的变化。通过仿真证明,跑道型亥姆霍兹线圈能产生更大范围均匀磁场,且通过改变输入线圈的电流大小可改变其磁场强度。