交变磁场下超导股线交流损耗的研究

摘要

随着超导技术的不断发展，以REBCO涂层导体(CC)为代表的第二代高温超导带材在制备工艺以及电磁和机械特性研究等方面取得了很大进步。与单根超导带材相比，高温超导股线具备载流能力强的优点，可以应用于输电电缆、超导限流器和大型磁体等领域。交流损耗是判断超导电力装置设计是否合理的重要指标，直接影响超导器件的运行成本以及稳定性，交流损耗较低的超导体在工程领域有更为广阔的发展前景。
　　本文研究一种具有准各向同性的高温超导股线，通过高温超导带材堆叠成中心对称结构。高温超导股线主要由超导带材和金属包套构成，为了便于测量超导股线的交流损耗，需要在超导股线中心穿入一根电阻丝，并对超导股线进行绝热处理。
　　利用有限元仿真软件Comsol Multiphysics建立了高温超导股线的二维模型，得到超导股线的磁场分布，通过解析法和数值法计算包括磁滞损耗、耦合损耗和涡流损耗在内的高温超导股线的交流损耗，并对两种方法的计算结果进行了比较。然后进行光纤布拉格光栅(optical fiber Bragg grating，简称FBG)的低温传感特性实验，实验结果表明FBG可以应用于液氮环境下的温度测量，为高温超导股线交流损耗的实验奠定基础。利用电阻丝对FBG波长与损耗的关系进行标定，在标定的基础上通过磁场发生装置为超导股线施加交流背景磁场，使用FBG测量交流背景磁场下超导股线的交流损耗。理论计算与实验结果相吻合，表明计算模型和实验方法的正确性。
　　通过Comsol Multiphysics建立了高温超导股线的三维简化模型，仿真研究了超导股线表面在电阻丝通电后的温度分布和温度随时间的变化规律，以及实验测量超导带材的横向电阻率，从侧面说明实验设计和计算取值的合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 超导导体的发展概况

1．2．1 TSTC导体

1．2．2 CORC导体

1．2．3 RACC导体

1．2．4 SSC导体

1．2．5 RS导体

1．2．6 HTS-CroCo导体

1．3 超导体交流损耗的研究概况

1．3．1 超导体交流损耗计算方法的研究进展

1．3．2 超导体交流损耗测量方法的研究进展

1．4 本课题的主要研究内容

第2章 超导股线试样的制作

2．1 超导股线试样的制作过程

2．2 超导股线试样的绝热处理

2．3 本章小结

第3章 交流背景磁场下超导股线的损耗分析

3．1 超导股线的磁场仿真

3．2 超导股线交流损耗的解析计算

3．3 超导股线交流损耗的数值计算

3．4 超导股线交流损耗的计算结果分析

3．5 超导股线温度分布特性分析

3．6 本章小结

第4章 FBG低温标定实验

4．1 低温标定实验

4．1．1 光纤光栅解调仪

4．1．2 低温标定实验装置

4．2 标定实验结果分析

4．3 本章小结

第5章 超导股线交流损耗的实验研究

5．1 超导股线交流损耗实验

5．2 交流损耗实验结果分析

5．3 横向电阻率实验

5．4 横向电阻率实验结果分析

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢