無絕緣高溫超導(dǎo)線圈的充放電和失超特性研究.pdf

1、失超保護(hù)一直是困擾高溫超導(dǎo)線圈技術(shù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問題。無絕緣線圈取消了傳統(tǒng)線圈的匝間絕緣，匝與匝之間直接金屬接觸。當(dāng)發(fā)生失超的時(shí)候，電流可以通過匝間金屬接觸自動繞過失超區(qū)域，從而大幅降低失超點(diǎn)產(chǎn)生的熱量對超導(dǎo)帶材的影響，有效抑制失超的進(jìn)一步發(fā)展。相比于傳統(tǒng)絕緣線圈，無絕緣超導(dǎo)線圈具有更高的電熱穩(wěn)定性、更好的自我保護(hù)能力，成為當(dāng)前國際高溫超導(dǎo)應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
　　由于沒有匝間絕緣，無絕緣高溫超導(dǎo)線圈的充放電特性和失超傳播特性與傳

2、統(tǒng)的絕緣線圈有很大不同，其在工程應(yīng)用中的很多問題還未得到充分的研究。本文對基于二代高溫超導(dǎo)帶材的無絕緣線圈的充放電和失超特性進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)研究，主要內(nèi)容有：
　　1)搭建了全新的針對無絕緣高溫超導(dǎo)線圈的分布參數(shù)等效電路網(wǎng)絡(luò)模型。該模型將線圈的每一匝都均分為若干單元，每一單元都構(gòu)成一個(gè)分布電路參數(shù)，從而將整個(gè)線圈等效為一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)。通過對無絕緣高溫超導(dǎo)線圈充放電特性的實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了該模型的有效性。
　　2)基于上述等效電路網(wǎng)絡(luò)

3、模型對單個(gè)無絕緣高溫超導(dǎo)線圈的充放電特性進(jìn)行了研究。分析了充放電過程中線圈內(nèi)部的電流分布，揭示無絕緣線圈充放電延遲現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理；從勵磁的角度分析了影響無絕緣線圈充電時(shí)間的各種因素；將等效電路網(wǎng)絡(luò)模型和高溫超導(dǎo)體的H方程有限元模型相耦合，對無絕緣線圈的充電損耗特性進(jìn)行了細(xì)致分析。
　　3)進(jìn)一步對由多個(gè)相同的無絕緣高溫超導(dǎo)線圈串聯(lián)組成的磁體的充放電特性進(jìn)行研究。比較分析了不同位置線圈的充放電暫態(tài)過程；研究了充放電過程中磁體內(nèi)部不同

4、位置線圈的電流、電壓和損耗的分布特性，以及放電完成后，磁體不同位置線圈屏蔽電流和“剩余磁場”的分布情況。4)基于等效電路網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)一步發(fā)展了針對無絕緣高溫超導(dǎo)線圈的失超模型。對其局部失超過程進(jìn)行了仿真分析，發(fā)現(xiàn)失超熱點(diǎn)對電流的“擠出”效應(yīng)不只發(fā)生在失超區(qū)域附近，而是失超點(diǎn)所在匝的所有單元，從而有效抑制了失超的持續(xù)發(fā)展，增強(qiáng)了線圈的熱穩(wěn)定性和“自我保護(hù)”能力。這個(gè)仿真結(jié)果為多個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到的無絕緣線圈自我保護(hù)能力超強(qiáng)的結(jié)論提供了理論支持。