直接冷却超导磁储能磁体加载实验与热分析

阐述了35 kJ高温超导磁储能系统及其实验装置,通过对直接传导冷却超导磁储能磁体进行电流加载实验,对磁体进行了动态热分析.研究表明:在变流器对超导磁储能磁体充放磁储能过程中,磁滞损耗是功率损耗的主要部分,对磁体温升影响最大;减小变流器直流侧频率有利于抑制磁体温升.基于热稳定性分析了导冷结构的优化因素,指出直接冷却导冷结构应强化关键部位(磁体上部)的传热,以减小磁体轴向温差.     

柔性接触压力下接触网导线的温度场仿真

为减小弓网系统温度分布对摩擦副电接触性能的影响,利用COMSOL Multiphysic软件建立了弓网系统温度场仿真模型,通过温升实验验证了模型的有效性.对柔性接触压力下接触网导线的热时间常数和稳态温升进行了仿真计算.随着滑动速度的增加,热时间常数逐渐减小,稳态温升呈现先减小后增加的变化趋势.随着接触电流的增加,热时间常数保持不变,稳态温升变化较小.相比于刚性接触压力,当滑动速度和接触电流恒定时,柔性接触压力下的热时间常数更小、稳态温升更低.     

简易高温超导体临界电流测量系统电流源的设计与开发

高温超导体的临界电流值是超导材料基本的参数之一。研制了利用LM12运算放大器和3DD12B-T型三极管联合放大电流、通过计算机采用VB语言编程控制电流输出的高温超导临界电流测试系统的电流源。经过对Bi系超导带材的临界电流测试实验表明,所设计开发的高温超导电流源具有较大输出、可控和稳定性好的特点。     

高温超导线圈的交直流冲击安全性仿真

超导磁体的稳定性和线圈产生的热量在线圈中积累有着很重要的关系,因此超导线圈在大电流冲击下的热稳定性问题的研究就有着典型意义.本文建立一个载流高温超导线圈的温度分布随时间的推移数值模型,并采用差分法模拟线圈在大电流冲击下的发热和传热情况.研究发现超导线圈的散热能力和热容是决定其能否工作在很高温度下的决定性因素.     

150MD24Y20高速电主轴热特性分析

目的分析电主轴热变形产生及分布,为研究电主轴热误差,提高主轴加工精度提供理论依据.方法基于电主轴稳态温度场分布,采用ANSYS顺序耦合理论,分析高速电主轴热变形分布情况.通过电主轴测试系统建立热变形实验,测量高速电主轴工作端热变形,验证有限元仿真结果.结果仿真结果表明:随着电主轴速度增高,主轴热变形和温升也越来越大.电主轴在热稳态下,沿着轴向伸长而径向弯曲变形.结论当主轴材料一定,热变形与速度几乎呈线性关系,同时,主轴温升越大,热变形越大.此结论为有效控制主轴热变形,减小热误差及提高主轴稳定性提供理论基础.     

高温超导交流电缆电流分布及结构优化的研究

针对高温超导电缆各导电层电流分配不均将导致交流损耗增大的问题，计算了导电层自感和层间互感，然后依据超导电缆的等效电路模型，给出了求解各层电流的电路矩阵方程．以各导电层的绕向角、绕制方向和层半径为优化变量，以各层电流均衡分布建立目标函数，考虑带材的机械性能、临界电流等约束条件，采用遗传一模拟退火优化方法，对电缆导电层进行结构参数优化．计算结果表明，通过优化调整电缆导电层的结构参数，各层电流可以达到均衡分布，交流损耗显著降低．     

超导电力装置失超检测的基础研究

超导电力装置的失超会影响超导电力设备的运行和安全，是超导电力设备技术实用化有待深入研究的一个重要问题。对国内外通用的超导装置失超检测方法进行了分析，并根据电力系统中超导装置失超检测的特点，对高温超导线材在不同幅值的动态电流作用下的失超特性进行了试验研究，通过对试验数据的分析，对高温超导线材的失超特性有了较精细的理解，并在此基础上提出了超导电力装置失超先兆检测及其失超保护设计的新概念。     

防火防爆装置对10kV三芯电缆中间接头温升及载流量的影响

为了分析不同类型防火防爆装置对10 kV三芯电缆中间接头温升及载流量的影响,搭建了大电流温升试验平台,开展了无防火防爆装置、含不锈钢、铝镁合金和玻璃钢防爆盒以及含防爆毯、防火毯共6组温升试验。试验结果表明,在散热效果方面,防爆毯最好,不锈钢防爆盒最差;不同试验组在电缆中间接头径向和轴向表现出相似的温度分布规律。为便于工程应用的同时开展机理分析,基于温升试验数据,分别从解析法和数值法出发,计算了不同试验组电缆的载流量。研究结果表明,含不锈钢防爆盒电缆载流量下降比例超过10%,含防爆毯电缆载流量下降比例仅为1%左右,其余下降比例约为10%。研究结果可为电缆中间接头防火防爆装置的选型设计提供参考。     

高温超导限流器对暂态稳定性影响的仿真和试验研究

主要对新型高温超导限流器位于机端时对单机无穷大系统中暂态稳定性的影响进行了分析,并结合实验室新型超导限流器样机进行动态模拟试验研究。研究表明,超导限流器位于机端时,由于限流电阻的存在,不仅能有效限制故障电流,而且有利于系统的暂态稳定性。理论分析与试验结果基本一致。     

基于实时电流采样数据的超导电缆失超检测方法研究

针对超导电缆失超检测方法速度慢、精度低等问题,提出了基于超导电缆波形差异度的失超检测方法.通过简化的超导电缆数学模型,分析了超导电缆处于超导态、失超暂态过程中超导层和屏蔽层电流的差异以及TA饱和对电流波形差异的影响,提出了基于Hausdorff距离的波形差异性度量方法,将其用于超导电缆失超的检测.通过建立超导电缆失超数学模型,对本文提出的失超检测方法与传统的幅值和相角检测方法进行仿真比较研究,验证了本文所提算法的优异性.     

Bi系银包套多芯带材焊接的实验研究

对Bi 2223/ Ag多芯高温超导带材的焊接技术进行实验研究.焊接采用单轴方向不同压力下进行压接;另外在压接后,对不同压力压接下的样品进行热处理.实验结果表明:在77 K自场条件下,超导接头在压应力约为1.96×107 N/m2和热处理温度约为850 ℃时,得到焊接接头具有最高临界电流,其自场下临界电流约为带材临界电流的85%.     

超导磁体耐受过电流冲击稳定性的有限元方法研究

利用有限元分析软件COSMOS4.0对Bi2223/Ag超导带材绕制的超导磁体在过电流冲击下的失超行为进行了计算机模拟仿真计算.通过编写VB数据分析程序对模拟结果进行分析,得到磁体绕组中央的横向和纵向的温度分布随时间的变化规律,并获得超导磁体在20 K环境温度时,不同过电流脉冲下绕组内的最高温升曲线.把过电流脉冲导致的局部高温与在此温度下的最小传播电流联系起来,提出以过电流脉冲的允许持续时间作为评价超导磁体抗电流冲击稳定性的依据.这为研究高温超导磁体的运行稳定性提供了重要参考.     

铋系2223带材包套合金化对制备工艺的影响

对铋系2223高温超导带材的制备过程中所涉及的力学问题进行了理论分析和实验研究.结果表明,由于不同包套和超导芯间的变形阻力不同,导致带材制备过程中的变形均匀性有很大差别;通过对带材轧制过程中截面内的应力分析,解释了超导电流"肌肤效应"产生的原因;通过测量中间轧制过程中超导带材的电流密度,给出了不同包套带材单次轧制的最佳形变量.     

改进粒子群算法及其在超导电缆参数优化中的应用

提出了一种改进粒子群优化算法，引入平均粒距和差分进化算子改善了传统粒子群算法在高维、多峰函数寻优应用中容易出现“早熟”的问题，并且应用物理加速度的概念，描述了其他粒子的速度信息对某个粒子速度产生的影响，从而加快了粒子群算法的收敛速度．针对高温超导电缆电流分配不均将导致交流损耗增大的问题，应用改进粒子群算法对冷介质超导电缆的绕制方向、绕向角和半径进行了优化．计算结果表明，通过优化调整电缆导电层的结构参数，各层电流可以达到均衡分布，交流损耗显著降低．     

三环减速机环板二维稳态温度场分析

对三环减速机环板高速轴轴承孔附近区域稳态二维温度场分布进行了理论与实验研究，提出了稳态二维温度场模型并分析了温度分布规律，指出了温升原因及主要热源     

脉冲大电流应用电缆的设计

为研究脉冲大电流应用所使用的电缆,优化设计其结构并选择绝缘层材料。首先针对同轴结构电缆,分析了半导电层对电缆绝缘层电场的影响。然后在绝热条件下,计算了不同导体截面积电缆的温度,并通过试验计算了硅橡胶和不同氟橡胶材料热导率随温度的变化规律。在对计算结果进行分析比较的基础上,确定选择内、外导体截面相同且没有半导电层的同轴电缆结构,以及F0-2706型氟橡胶材料作为绝缘层。最后,通过有限元Comsol软件仿真计算了氟橡胶绝缘电缆的温升,针对连续通过脉冲大电流时电缆温升过高的问题,提出了采用水冷方式降低电缆温升的方法。仿真结果表明:通过水冷方式降低电缆温升,冷却效果明显,可以在一定程度内满足工程应用需求。     

三环减速机环板二维稳态温度场分布

对三环减速机环板高速轴轴承孔附近区域稳态二维温度场分布进行了理论与实验研究，提出了稳态二维温度场模型并分析了温度分布规律，指出了温升原因及主要热源。     

TBCCO/LAO高温超导薄膜的电阻转变和各向异性

将Tl2Ba2CaCu2O8(TBCCO)高温超导薄膜通过磁控溅射的方法沉积到LaAlO3(LAO)衬底上,SEM和XRD的测量结果显示该超导薄膜具有很高的成膜品质.通过标准四引线方法对TBCCO/LAO高温超导薄膜在不同磁场下的电阻转变进行了研究.结果表明:在一定的磁场下TBCCO/LAO超导薄膜具有很强的电阻转变展宽现象,并且当磁场垂直于超导薄膜表面时该超导薄膜显示出更强的电阻转变展宽现象.用热激活辅助磁通流动理论对该超导薄膜的电阻转变展宽现象进行了解释,同时通过分析超导薄膜的电阻转变对该超导薄膜的各向异性进行了讨论.     

矿井浪涌脉冲辐射电磁场研究

研究煤矿井下浪涌脉冲电流激励下电缆的辐射电磁场,运用推迟矢量位和行波天线理论推导了浪涌脉冲电流激励下电缆的辐射电磁场时域数学模型,给出了辐射场强的解析表达式,并进行了仿真计算.时域结果表明,浪涌脉冲电流在电缆附近会产生很高的瞬态辐射场强,但随着距离电缆的径向距离的增加,辐射场强迅速衰减;辐射场强的大小与浪涌电流峰值成正比;在巷道径向距离内,同一横截面辐射场强与距离成反比;在浪涌电流峰值为1kA时,距离电缆径向距离4m处瞬态辐射电场强度峰值达到15kV/m,磁场强度峰值达到40A/m.因此在不采取屏蔽措施的情况下,瞬态浪涌辐射会对井下巷道内监控及通信系统的正常工作造成影响.     

一种改善电力系统性能的SMES解耦控制策略及其仿真研究

在分析电压源型超导储能装置工作原理及控制策略的基础上,提出了一种在两相同步旋转坐标系下的电流解耦协调控制方法.该方法通过控制有功电流和无功电流实现了有功功率和无功功率的独立控制,对改善基于SMES电力系统实时性和稳定性有明显的效果.理论分析和仿真研究验证了此方法对改善电力系统性能的有效性和可行性,对以后超导储能装置的产品化和市场化具有很好的实用参考价值.