高温超导线圈交流损耗的分析与研究

摘要

高温超导线圈的交流损耗直接关系到高温超导储能磁体的运行成本及稳定性，因此建立交流损耗测试系统，实现对高温超导线圈交流损耗的快速、准确测量，对于开展YBCO涂层导体的应用研究具有重要的意义。本文利用超导实验平台，基于改进的电测法，设计并实现了高温超导线圈交流损耗的测试平台，采用电容补偿法来实现对线圈交流损耗的测量。在不同频率下，采用锁相放大器法，对高温超导线圈的交流传输损耗进行了多次的实验研究。
　　 在高温超导交流损耗机理的基础上，研究了高温超导线材传输损耗各种理论模型，探索了高温超导线圈交流传输损耗和频率之间的关系。同时，基于对高温超导线圈交流损耗的多种理论模型和计算方法的系统研究，构建了高温超导线圈交流损耗的数值计算模型。为了验证该模型，计算了YBCO线圈的交流损耗，与实验结果进行比较分析。计算值与实验结果具有较好的一致性。
　　 然后，我们对自场（由交变电流产生的磁场）下高温超导储能磁体的总损耗进行仿真计算，目的是为了估计在交流运行条件下的能量损耗。从高温超导导体电磁特性、几何结构、运行磁场、运行状况及线圈设计方面对高温超导线圈交流损耗的减小进行讨论。
　　 最后本论文针对第二代高温超导线圈的交流损耗建立了一个新的模型，首先假设了堆叠磁体中的每一个线圈的运行电流是相同的，其次在未穿透区域磁力线是与线圈平行的，然而穿透区域随着深度的不同而变化。它考虑到了在应用场中电流和磁场同时存在，且Jc随着Bz而变化的情况下，计算出的交流损耗和初始磁滞损耗。计算结果与假设基本是一致的，并且显示出了一些特征。