高温超导体的交流损耗研究

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超导技术是21世纪具有战略意义的高新技术,同时超导在电力行业是一个极具发展前景同时也兼具挑战的研究领域,将以一种新的技术形式给现代电力系统解决众多问题。在实际中,很多用电装置都采用交流供电,超导装置在这种情况下便具有交流损耗。很多情况下,交流损耗将是加到制冷系统上的主要热负荷,继而超导装置的稳定性也会受到影响,因此交流损耗的研究是超导装置投入使用中要考虑的一个重要问题。本文主要针对高温超导体(HTS)的交流损耗进行研究。本文主要开展了77K下高温超导体YBCO带材的交流损耗实验和数值仿真两方面的工作。本文结构主要围绕YBCO带材的交流损耗进行阐述,介绍了超导特性,着重阐述超导交流损耗机制。实验中所用的YBCO带材的是由Superpower公司生产的,其交流传输损耗的实验在77K下进行,采用电测法在不同的频率及其不同的电流幅值下对带材的交流损耗值进行了测量,并将其在工作电流为50Hz时的测量结果与Norris矩形模型估算值进行了对比,测量值比估算值略小。同时也给出了15Hz到300Hz不同频率下的交流损耗测量结果的比较分析,可以看到随着频率的增大,超导体的交流传输损耗值也随着变大。超导体电磁特性和交流损耗计算用有限元方法(FEM)可以更加准确的仿真分析。本文在数值建模中引入了基于实验数据的power-law,FEM方法的计算结果与实验测量结果的一致性使得该仿真工作的有效性得到了验证,并在此基础上对不同幅值下的平行场与垂直场下的YBCO矩形截面的交流损耗进行了计算,得出垂直场的交流损耗值比平行场的要大。
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