多根铁磁基带高温超导带材的交流损耗分析与测量研究

摘要

随着研究的深入,超导电力设备已经具备了实际应用前景。超导带材的交流损耗特性直接影响到超导装置的设计、安装,并与装置的安全稳定性和经济性息息相关。大型超导电力设备往往需要多根、长距离的超导带材来满足额定电流、电压和功率的要求。因此,有必要对于超导带材多根排列时的交流损耗进行研究。另一方面,由铁磁材料构成的基带在第二代高温超导带材中被广泛地使用。铁磁基带因其导磁性会改变空间磁场分布,也会间接地对带材的交流损耗产生影响,所以针对含有铁磁基带的超导带材交流损耗的研究就体现出其价值和意义。本文主要完成了以下工作:
　　(1)基于有限元法,搭建了铁磁基带高温超导带材的交流损耗数值仿真模型。本文采用了H方程和E-J指数模型对交流损耗进行计算。同时为了计算超导带材中铁磁基带部分的交流损耗,本文考虑了铁磁材料在液氮环境中的相对磁导率变化以及功率特性。
　　(2)基于电测法搭建了超导带材的交流损耗测试系统。本文从不同角度出发,验证了实验测试系统的有效性,探讨了不同补偿程度、电压引线排布以及电流频率对于交流损耗测量结果的影响。
　　(3)实验测量并仿真计算了双根、三根铁磁基带高温超导带材在水平排列时的交流损耗。本文在考虑电流流向对于交流损耗的影响的基础上,针对铁磁基带超导带材的结构不对称性,探讨了带材在正反不同放置情况下的交流损耗变化。同时,本文通过仿真软件所绘制的磁场强度分布图以及功率分布图对不同电流流向、不同放置方法对交流损耗的影响进行了分析。
　　(4)制作了由十根铁磁基带高温超导带材组成的超导电缆模型,实验测试了带材环形排列时的交流损耗,并与单根自场损耗情况进行比对,利用仿真结果分析其成因。
　　实验测试与仿真计算结果表明,本文搭建的铁磁基带超导带材交流损耗计算模型以及实验测试系统是有效的,能够较为准确地反映多根超导带材在不同排列时的交流损耗;对于水平排列的超导带材而言,不同的电流流向以及正反放置会对超导带材的交流损耗产生一定影响;环形排列时的超导带材的交流损耗会小于其自场损耗。
　　本文的结论可以作为超导电力设备的设计依据,以期实现其性能和成本的最优化。

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第一章 绪论

1.1超导技术简介

1.2高温超导带材交流损耗的基本特性

1.3高温超导电力应用简介

1.4论文主要工作及章节安排

第二章 超导理论模型

2.1临界态模型

2.2 E-J指数模型

2.3超导带材交流损耗的数值分析方法

2.4本章小结

第三章 交流损耗实验测量方法

3.1交流损耗测量的三种方法

3.2本实验中的改进电测法

3.3本章小结

第四章 多根超导带材的交流损耗

4.1双根水平排列时的交流损耗

4.2三根水平排列时的交流损耗

4.3十根环形排列时的交流损耗

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1主要工作与创新点

5.2后续工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文