用于超导带材测试的恒流式超导变压器系统设计

摘要

为了满足超导变压器超导带材大电流测试项目的需要，实验室进行了恒定电流高温超导变压器系统的研究，目标是设计并研制可为带材测试提供恒定电流（可降流或升流）的高温超导变压器系统，并使其能够正常稳定的工作。
　　恒流式高温超导变压器系统主要包括两个部分，第一部分高温超导变压器，其作用是给待测带材提供测试电流。第二部分为超导变压器控制电路部分，其作用是采集变压器次级负载即需测带材的电流和电压值，并通过反馈回路实现对次级接头电阻损耗的补偿，实现次级电流的恒定。
　　本文在给出课题研究背景和意义的基础上，首先通过实验研究了弯曲应变方式对高温超导变压器绕组带材性能的影响，主要为侧向弯曲应变、径向弯曲应变和扭曲应变，为后续超导变压器绕组的绕制提供理论参考。
　　然后，从超导变压器系统的设计要求出发，以超导变压器系统需要实现的功能为根本，构建了该变压器系统的整体框架并阐述了该超导变压器系统的工作原理，并依据超导变压器的基本理论知识，给出了该超导变压器系统的设计原理图和基本的设计理论，并对超导变压器的核心部件变压器绕组进行了电磁仿真与计算。
　　最后，本文详细介绍了超导变压器绕组的绕制方法和工艺，并成功的绕制了三个参数不同的高温超导双饼线圈，且对绕制完成的双饼线圈进行了性能测试，包括临界电流的测试、磁场的测试及电感的测试。然后在此基础上，本文研究了局部磁场扰动对高温超导变压器绕组临界电流的影响，并对整个超导变压器系统进行了整体组装和验证测试，结果证明此系统可稳定正常工作，为后续恒定大电流超导变压器系统的研制奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 超导变压器的分类及发展现状

1．2．1 超导变压器分类

1．2．2 超导变压器发展现状

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 课题研究的目的

1．3．2 论文研究内容及组织框架

第2章 超导变压器绕组带材机械性能测试

2．1 引言

2．2 实验样品的选择

2．3 实验方案

2．3．1 侧向弯曲

2．3．2 径向弯曲

2．3．3 扭曲

2．3．4 带材各向异性测试

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 侧向弯曲

2．4．2 径向弯曲

2．4．3 扭曲

2．4．4 带材各向异性测试

2．5 本章小结

第3章 恒流式超导变压器系统整体设计与分析

3．1 引言

3．2 超导变压器系统设计要求

3．3 超导变压器系统的整体设计

3．3．1 系统工作原理

3．3．2 系统整体框架

3．4 超导变压器系统中试验绕组设计理论分析

3．4．1 超导变压器型式选择

3．4．2 超导变压器系统理论

3．5 超导变压器电磁设计与分析

3．5．1 Ansys软件磁场求解流程

3．5．2 超导变压器建模仿真

3．6 系统控制电路部分设计

3．6．1 硬件设计

3．6．2 软件设计

3．7 本章小结

第4章 超导变压器绕组的绕制与测试

4．1 引言

4．2 绕制方案

4．3 绕组骨架设计及绕制前准备

4．3．1 骨架设计

4．3．2 绕制前准备工作

4．4 双饼线圈绕制

4．4．1 双饼线圈试绕与分析

4．4．2 双饼线圈绕制

4．5 双饼线圈性能测试

4．5．1 双饼线圈临界电流测试

4．5．2 双饼线圈磁场测量

4．5．3 双饼线圈电感测量

4．6 本章小结

第5章 局部磁场扰动对双饼线圈临界电流的影响

5．1 引言

5．2 实验

5．2．1 双饼线圈的制备

5．2．2 实验方案

5．2．3 实验结果

5．3 本章小结

第6章 恒流式超导变压器系统组装与测试

6．1 引言

6．2 超导变压器组装

6．3 系统控制电路部分连通

6．4 超导变压器系统验证测试

6．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文