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超导带材失超传播特性测试系统研制

仪器仪表学报 2006年第Z2期27卷 1433-1434页

作者：吴春俐张石东北大学信息科学与工程学院沈阳110004

本文主要介绍了超导带材失超传播特性测试系统的设计与开发,给出了系统组成及工作原理,并对数据采集方法进行了研究。该系统可对超导带材的稳定性参数进行测试,这对研究超导磁体的设计和失超保护具有重要的实际意义。

关键词：超导带材失超传播特性数据采集

氮化铝及氮化硼复合环氧树脂浸渍高温超导带材失超传播特性研究

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氮化铝及氮化硼复合环氧树脂浸渍高温超导带材失超传播特性研究

作者：赵汉轩西南交通大学

学位级别：硕士

由于高温超导带材相比于低温超导线材在25 T以上的高背景磁场下有着更高的载流能力，因此高温超导带材是绕制强场磁体的理想材料。为防止超导磁体内部的导体在电磁力作用下产生位移进而引发失超，超导磁体需要经过浸渍后才可投入使用。... 详细信息

由于高温超导带材相比于低温超导线材在25 T以上的高背景磁场下有着更高的载流能力，因此高温超导带材是绕制强场磁体的理想材料。为防止超导磁体内部的导体在电磁力作用下产生位移进而引发失超，超导磁体需要经过浸渍后才可投入使用。环氧树脂是超导磁体常用的浸渍材料之一，它在磁体内部可以起到绝缘、填充缝隙以及传导热量的作用。环氧树脂自身的热导率低、韧性较差，但可以通过添加填料制成复合环氧树脂来达到对其力学、热学、电学性能进行改性的目的。　　面向超导磁体需要在浸渍状态下运行的实际工况，为了探究在复合环氧树脂浸渍下高温超导带材的失超表现、为失超保护系统提供数据支撑，本文以复合环氧树脂浸渍高温超导带材的失超传播特性为研究主线，完成了以下工作：　　(1)本文以STYCAST 2850FT环氧树脂为基材、不同比例的氮化铝（AlN）和氮化硼（BN）为填料制备了复合环氧树脂，并对AlN和BN复合环氧树脂的拉伸及压缩力学性能分别进行了测试，结果表明BN复合环氧树脂的综合力学性能优于AlN复合环氧树脂，且BN填料添加质量比例为1%时可将BN复合环氧树脂抗拉强度提升10.3%。　　(2)针对失超传播实验的测试需求，本文搭建了一套失超传播特性实验平台，并基于LabVIEW编写了实验平台的上位机控制程序。该平台具备远程控制功能，可同步触发每秒80读数的失超电压采集、每秒20读数的温度和失超触发信号采集，能够胜任传输电流小于250 A、失超触发能量小于15 J的测试任务。　　(3)利用上述不同配比的AlN和BN复合环氧树脂分别对YBa2Cu3Ox（YBCO）超导带材和Bi2Sr2Ca2Cu3Ox（Bi-2223）超导带材进行了浸渍，并对其浸渍后的失超表现进行了评估。结果表明，BN复合环氧树脂浸渍的带材在失超过程中的综合表现优于AlN复合环氧树脂浸渍的带材，使用BN复合环氧树脂浸渍可为YBCO带材提供相对更好的热稳定性，但复合环氧树脂对Bi-2223带材在高传输电流下的热稳定性提升并不明显。　　(4)提供了一种超导单饼线圈失超样品制备工艺，按照该工艺制备了一个YBCO单饼无绝缘线圈失超样品，并在使用环氧树脂浸渍后对其进行了失超测试。结果表明，在环氧树脂浸渍状态下，无绝缘线圈的热稳定性远高于YBCO单带。

关键词：高温超导带材浸渍工艺环氧树脂氮化铝氮化硼失超传播特性

YBCO带材不同排布方式及其缺陷下失超传播特性研究

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YBCO带材不同排布方式及其缺陷下失超传播特性研究

作者：师江涛西南交通大学

学位级别：硕士

本文主要针对YBCO带材不同排布方式及其缺陷下的失超传播特性进行了研究,主要是针对超导电力设备包括:超导电力电缆,超导变压器和超导磁体等的热稳定性进行了基础研究,为超导装置的失超保护提供一定的设计参考。针对堆叠排布,平行排布... 详细信息

本文主要针对YBCO带材不同排布方式及其缺陷下的失超传播特性进行了研究,主要是针对超导电力设备包括:超导电力电缆,超导变压器和超导磁体等的热稳定性进行了基础研究,为超导装置的失超保护提供一定的设计参考。针对堆叠排布,平行排布以及扭绞带材的失超实验,在实验室的失超传播测试系统的基础上,增加了在液氮环境下测试堆叠带材和平行排布带材的失超测试平台。增加了研究扭绞带材的载流和失超的测试平台。本文主要研究YBCO带材在不同排布及其缺陷下的最小失超能和失超传播速度,主要研究内容有:1)通过机械应变,包括拉伸和弯曲两种应变产生缺陷。分别测试了在拉伸应变和弯曲应变等应变恢复后的临界电流。本文所采用的缺陷带材是在机械应变恢复后,临界电流衰减至正常的超导带材的70%5%的超导带材。主要是模拟超导装置在绕制和运输过程中对带材造成的局部缺陷,这些缺陷会在超导设备运行过程中造成超导设备的失超,严重的会损坏这些超导设备。2)首先对YBCO带材的堆叠排布及其缺陷进行了失超传播特性的实验研究,分别是:a、正常带材和正常带材堆叠;b、正常带材和缺陷带材堆叠;c、缺陷带材和缺陷带材堆叠。通过实验研究了堆叠排布及其缺陷下的最小失超能和失超传播速度。并对电压和温度等失超检测方法进行了对比的研究。3)对YBCO带材的平行并联排布及其缺陷下的失超传播特性进行了实验研究,分别是:a、正常带材和正常带材平行并联;b、正常带材和缺陷带材平行并联;c、缺陷带材和缺陷带材平行并联。通过实验研究了平行并联排布YBCO带材及其缺陷下的最小失超能和失超传播速度。并对电压和温度等失超检测方法进行了对比的研究。4)通过等效弯曲直径的计算方法,计算了在一定直径的“骨架”上扭绞带材的等效弯曲直径。研究了不同直径下的扭绞YBCO带材的临界电流。本文研究的扭绞带材的失超传播特性选择的是等效弯曲直径为11mm的扭绞“骨架”。分别研究了单根扭绞带材,两根堆叠排布的扭绞带材和两根平行排布的扭绞带材的失超传播特性。为超导电缆等超导设备的设计和安全运行提供支持。

关键词： YBCO带材失超传播特性不同排布并联局部缺陷

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环氧浸渍高温超导带材失超传播特性研究

环氧浸渍高温超导带材失超传播特性研究

作者：柴成栋西南交通大学

学位级别：硕士

为了提高高温超导线圈的运行稳定性,本文对环氧浸渍下高温超导带材的失超传播特性进行研究。通过研究高温超导带材在不同环氧厚度、不同热导率环氧及不同横向压力下的失超传播特性,为高温超导线圈的稳定性及失超保护的设计提供了实验参... 详细信息

为了提高高温超导线圈的运行稳定性,本文对环氧浸渍下高温超导带材的失超传播特性进行研究。通过研究高温超导带材在不同环氧厚度、不同热导率环氧及不同横向压力下的失超传播特性,为高温超导线圈的稳定性及失超保护的设计提供了实验参考和理论依据。首先,本文对高温超导材料进行了简介,并介绍了国内外在失超传播特性方面的研究进展,进而引申出本论文的选题意义及主要内容。接着对超导体的临界参数,失超传播特性基本原理及实验测试平台进行了介绍,测试平台包括临界电流测试系统、失超传播特性测试系统及力学性能测试系统,并对实验步骤进行了阐述,为本文的实验测试提供了理论和设备基础。然后,本文对环氧浸渍厚度对REBCO高温超导带材失超传播特性的影响进行了实验研究,得出了失超传播特性的变化规律,并通过理论推导和公式拟合初步得到了失超传播特性与传输电流和环氧树脂厚度的数学关系式,分析了环氧树脂厚度对带材失超传播特性的影响,说明了环氧树脂厚度的增加会降低带材的热稳定性,发现10mm为影响程度大小的转折点,并通过有限元仿真分析验证了实验结果。实验所得规律为高温超导线圈环氧浸渍稳定性提供了一定的理论与数据支持。接着,通过实验测量分析了不同热导率环氧材料对REBCO高温超导带材的失超传播特性的影响,并结合有限元仿真分析对实验结果进行验证,证实了高热导率环氧浸渍材料更能有效地提高高温超导带材热稳定性,并得到环氧热导率对带材失超传播特性影响程度的规律。为高温超导线圈环氧浸渍材料的选择提供实验参考和理论依据。最后,在分析了实验所施加最大横向压力对带材临界电流影响的基础上,对不同横向压力下环氧浸渍REBCO高温超导带材的失超传播特性进行了实验研究,并对失超传播特性与传输电流和横向压力的数学关系式做了初步拟合,说明了横向压力的增加会提高带材的热稳定性。实验对高温超导线圈运行过程中遇到的压力对失超传播特性的影响进行了部分揭示,为线圈失超保护设计提供了一定的数据参考。

关键词：高温超导带材失超传播特性环氧厚度热导率横向压力

高温超导带材的焊接与局部差异对失超传播特性影响研究

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高温超导带材的焊接与局部差异对失超传播特性影响研究

作者：邱添西南交通大学

学位级别：硕士

为了满足超导磁体的稳定运行和失超保护的要求,本文进行了高温超导带材失超传播特性的实验研究。目标是针对超导磁体中各种工作情况得到高温超导带材的最小失超能和失超传播速度,有助于超导磁体的失超保护设计。本文在给出课题的研究背... 详细信息

为了满足超导磁体的稳定运行和失超保护的要求,本文进行了高温超导带材失超传播特性的实验研究。目标是针对超导磁体中各种工作情况得到高温超导带材的最小失超能和失超传播速度,有助于超导磁体的失超保护设计。本文在给出课题的研究背景和意义的基础上,首先介绍了高温超导带材失超传播特性测试系统,包括两个部分,第一部分为临界电流测试系统,其作用是测量待测带材的临界电流,确定失超传播实验的传输电流。第二部分为失超传播特性测试系统,其作用是测量高温超导带材的最小失超能和失超传播速度。通过实验研究了高温超导带材的失超传播特性,分别利用电压和温度判据来表征带材的失超传播速度,比较分析了 YBCO带材和Bi2223带材的最小失超能和失超传播速度的差异,为实验室超导磁体绕组的材料选择提供参考。然后对超导磁体工作时可能存在的三种情况分别对YBCO带材和Bi2223带材进行了失超传播特性实验研究。这三种情况分别为带材本身的内部缺陷,局部磁场差异以及焊接接头的存在。首先在高温超导带材内部不可避免的存在内部缺陷,本文实验研究了弯曲恢复后对高温超导带材临界电流的影响,确定满足实验条件的弯曲应变。通过弯曲应变对高温超导带材引入内部缺陷,实验研究并分析了内部缺陷对两种带材失超传播特性的影响,掌握了失超传播特性的变化规律。然后通过ANSYS仿真分析了高温超导磁体的磁场分布,发现磁体内部的磁场存在分布不均匀的现象。实验研究并分析了局部磁场差异对两种带材失超传播特性的影响,得到了失超传播特性与磁场之间的关系。最后由于带材长度限制,因此绕制磁体时会存在焊接接头,于是实验研究了高温超导带材焊接接头处临界电流变化,测试不同长度焊接接头对高温超导带材失超传播特性的影响,并对测试结果进行了比较分析。实验测得的数据为实验室后续超导磁体的失超保护提供数据支持。

关键词：高温超导带材失超传播特性内部缺陷局部磁场差异焊接接头

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高温超导体稳定性分析与交流损耗的研究

高温超导体稳定性分析与交流损耗的研究

作者：逯文佳北京交通大学

学位级别：硕士

超导电力技术的实际应用要求超导电力设备中的超导体具有很高的稳定性,而超导体的失超传播特性和交流损耗是直接影响超导电力设备的运行成本和稳定性的关键因素。本文首先对高温超导带材及线圈的失超传播特性进行了理论研究,分析传热方... 详细信息

超导电力技术的实际应用要求超导电力设备中的超导体具有很高的稳定性,而超导体的失超传播特性和交流损耗是直接影响超导电力设备的运行成本和稳定性的关键因素。本文首先对高温超导带材及线圈的失超传播特性进行了理论研究,分析传热方程,得出失超传播速度的计算表达式,并建立模型求解温度分布。然后分别对YBCO高温超导带材和线圈进行了失超传播实验,测得了不同传输电流和不同触发能量下的电压、温度变化曲线,得出纵向和径向的失超传播速度,并对实验结果进行了讨论。得出如下结论：触发能量的大小不影响失超传播速度,但是较大的触发能量使失超变得提前,超导体存在一个最小失超能,即触发失超需加的最小能量;失超传播速度与传输电流的大小成正比,但是当传输电流小于某一值时,即使加很大的触发能量失超也不会传播,说明超导体还存在一个最小传输电流。然后本文针对两种不同结构的高温超导电流引线的交流损耗建立了新的计算模型。在无限长堆叠带材模型的基础上,考虑外磁场的影响,在电流引线横截面上建立合适的坐标系,利用坐标的平移和旋转求出磁场之和,进而得到穿透区域的曲线,并在穿透区域内积分得到交流损耗的值,本文使用MATLAB编程计算并生成一系列可视化图表。最后,我们搭建了实验平台,对交流损耗的电测法加以改进,设计并实现了三种电测法的实验方案,分别对两种不同结构的电流引线的交流损耗进行了多次实验测量,测得了不同频率下,不同电流下的交流损耗。将三种电测法的实验结果进行了对比,将实验结果与理论值进行了对比,均显示了良好的一致性。

关键词：稳定性高温超导体失超传播特性高温超导电流引线交流损耗