基于ReBCO涂层导体各向同性超导股线电磁特性研究

摘要

近年来，第二代高温超导涂层导体(ReBCO CC)在产品性能和制备技术上取得了长足的进步，临界电流密度不断提高，各向异性得到改善，带材的快速连续化生产能力大幅提高。目前，国际上许多超导电力公司已取得了规模化生产千米级ReBCO CC的能力。同时，利用ReBCO CC进行高电流容量超导导体的研究也取得了一定的进展，相继提出了Roebel Cable、CORC、TSTC等多种设计。
　　本文提出了一种基于ReBCO CC，临界电流近似各向同性的高温超导股线。股线中的带材按照中心对称的方式进行排列，使用导热导电性能良好的金属材料对带材进行捆扎包覆，采用金属包套工艺提高股线的机械性能和电磁稳定性。设计出五种股线模型，并分析了各自的结构特点以及潜在的应用领域。并设计、研制了临界电流近似各向同性高温超导股线样品，详细介绍了样品的制作工艺。
　　本文主要研究近似各向同性高温超导股线的电磁特性;首先根据试验样品建立了1∶1的仿真模型，利用Ansoft Maxwell软件得到了股线自场下的磁场分布，并给出了一种利用自场下磁场分布计算股线临界电流的方法。在液氮温度下对其自场临界电流进行了测量，实验结果与计算结果基本一致，证明了计算的合理性。根据测量结果拟合了股线的n值。在自场下临界电流仿真计算方法的基础上，又进一步计算出股线在恒定外场的临界电流，给出了临界电流随磁场强度和磁场角度的变化曲线，分析了其变化规律，并进行了实验验证，实验结果与仿真结果吻合较好。最后，简述了高温超导股线交流损耗的分析方法，建立了各向同性高温超导股线临界电流的测量平台，测量了股线不同频率下的交流损耗。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 第二代高温超导涂层导体的现状

1．2．1 高温超导涂层导体

1．2．2 ReBCO CC产品性能和制备技术的最新进展

1．3 高电流容量超导导体的研究现状

1．3．1 国外高电流容量超导导体

1．3．2 国内高电流容量超导导体

1．4 本文的主要研究内容

第2章 各向同性高温超导股线的设计与加工

2．1 各向同性高温超导股结构特点

2．1．1 各向同性高温超导股线的特性分析

2．1．2 不同线芯排列的各向同性高温超导股线

2．2 各向同性高温超导股线样品的制作

2．2．1 样品的材料

2．2．1 样品的制作

2．3 本章小结

第3章 各向同性高温超导股线的临界电流

3．1 临界电流的仿真计算

3．1．1 带材和高温超导股线的仿真模型

3．1．2 高温超导股线自场下的磁场仿真

3．1．3 临界电流的计算

3．2 各向同性高温超导股线临界电流测量实验

3．2．1 股线端部的焊接及电流接头的设计

3．2．2 股线临界电流的测量

3．2．3 测量结果及分析

3．3 本章小结

第4章 股线外场下临界电流

4．1 外场下临界电流的仿真计算

4．1．1 外加恒定磁场下临界电流的仿真

4．1．2 外加恒定磁场下临界电流的分析

4．2 外场下临界电流测量

4．2．1 实验电路与实验装置

4．2．2 实验测量

4．3 本章小结

第5章 各向同性高温超导股线交流损耗测量

5．1 交流损耗测量平台的搭建

5．1．1 交流损耗测量电路

5．1．2 测量平台中主要的硬件设备

5．1．3 测量平台的软件

5．2 股线交流损耗的测量

5．2．1 实验

5．2．2 结果及分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢