高温超导带材电磁特性分析与设计

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1、华中科技大学硕士学位论文高温超导带材电磁特性分析与设计姓名：杨志申请学位级别：硕士专业：脉冲功率与等离子体指导教师：唐跃进20070607华中科技大学硕士学位论文摘要高温超导体以其优良的电磁特性应用在众多的工程领域。为了更好的设计高温超导系统，有必要研究高温超导带材在通过不同电流时的电磁特性。本文研究了实用化的高温超导带材Bi2223/Ag在液氮和自场下的电磁特性，主要工作包含以下三个部分：1）研究高温超导带材在工频过电流下特性。实验部分测量分析了带材的伏安曲线（工频电流峰值从104A到556A）。仿真部分利用

2、传热学原理和有限差分方法分析了高温超导带材的失超特性。仿真数据与实验数据吻合。具体研究了超导带材的分流特性，电阻和温度发展过程，在不同峰值电流和持续时间下的失超与恢复能力，确定高温超导带材在工频过电流下正常工作的区间；2）研究高温超导带材在脉冲过电流下特性。实验部分测量分析了带材的伏安曲线（过电流频率从50Hz到4500Hz）。仿真部分利用有限元方法求解H未知量分析了高温超导带材的暂态电磁特性，计算中考虑了超导体的EJ特性。实验数据验证了仿真模型的正确性。具体研究了超导带材的在脉冲过电流下的失超恢复特性，分流特

3、性，电流和磁场的分布特点；3）仿真分析了由高温超导带材组成的大电流导线的直流和交流特性。具体研究了大电流导线的临界电流特点，并通过Norris模型估算了大电流导线的交流损耗范围。关键词：Bi-2223/Ag高温超导带材；数值分析；电磁特性；失超与恢复I华中科技大学硕士学位论文AbstractHigh-temperaturesuperconductors(HTS)possessanumberofuniquepropertiesthatmakethemattractiveforuseinmanyengineerin

4、gapplications,rangingfrompowercablestotransformers.Tooptimizethedesignofasuperconductingsystem,itisnecessarytopredicttheelectromagneticbehaviorofthesuperconductorunderdifferentcurrentconditions.Meanwhile,theonlyavailableHTSconductorforapracticalapplicationse

5、emsnowtobeBi2223/AgHTStape.So,wehavestartedaresearchontheelectromagneticcharacteristicsofBi2223/AgHTStapesinliquidnitrogenunderself-magneticfield.Theresearchmainlycontainsthreepartsasfollows:1).Wehavecarriedoutanexperimentalandnumericalstudyontheelectricalbe

6、haviorofHTStapeundertheover-criticalcurrent.Intheexperiment,wemeasuredthevoltage-currentcurvesfortheregionfrom104Ato556A(60Hz).InthesimulationusingtheheattransferandFiniteDifferenceMethod,theelectricalandquenchpropertiesofHTStapesunderthesefaultcurrentswerec

7、alculated.Thesimulationresultsresembledexperimentalresults.Fromtheanalysis,3matterswereinvestigated.Firstly,tounderstandtheelectricalbehaviorindetail,weinvestigatedthecurrentsharingbetweenthesuperconductorandthemetalsheathinBi-2223/Agtapeapplyingtheequivalen

8、tequations.Secondly,weconfirmedtherelationshipbetweentheresistanceandtemperaturegeneratedbytheover-criticalcurrentnumerically.Finally,Throughanalyzingnormalresistancevoltagedevelopingandrecovery