一、高温超导线材及其强电应用研发与产业发展状况（论文文献综述）
李洁,刘宜平,史越,蔡传兵,赵跃,张国民,郑东宁,周兴江[1]（2021）在《标准化助力第二代高温超导带材产业化》文中提出国内第二代高温超导带材产业化萌芽于2015年,发展势头强劲,目前已经能够满足绝大部分国内大型示范应用项目的材料需求。尽管与国际一流水平相比带材性能尚有差距,但已经开始凭借超强的性价比参与国际竞争。本文以第二代高温超导长带的临界电流（Ic）及其均匀性测试方法（四引线法和感应法）标准化、力学性能测试方法（轴向拉伸应力—应变曲线和横向拉伸强度）标准化为例,介绍全国超导标准化技术委员会近年来在这一领域的标准制修订工作,及其对第二代高温超导带材新兴产业发展的助推作用。
李文龙[2]（2021）在《高温超导与常导混合电磁悬浮系统的电磁设计与分析》文中研究说明针对目前常导磁吸式电磁悬浮系统中存在的常导线圈耗能严重、磁体易发热,悬浮间隙过小导致轨道造价过高等问题,结合第二代高温超导带材YBCO载流性能不断提升、制备成本不断降低的发展趋势,在长沙磁悬浮快线现有常导电磁铁结构的基础上,对常导电磁铁进行改进,提出高温超导与常导混合悬浮的设计方案。本文对应用于磁浮列车的高温超导与常导混合悬浮电磁铁基本单元进行了结构设计,利用有限元仿真软件对其悬浮性能进行电磁分析;设计并制作了混合悬浮电磁铁的实验装置,配套设计并搭建了悬浮力测量实验平台,对混合悬浮电磁铁实验装置进行了悬浮力的实验测量;通过将仿真结果和实验结果进行对比,验证了混合悬浮电磁铁设计方案的可行性。本文介绍了两种利用有限元仿真软件ANSYS Maxwell的场计算器预判高温超导磁体临界电流的方法。通过对设计的混合悬浮电磁铁超导磁体表面垂直磁场的分布情况进行仿真求解,结合高温超导带材在垂直磁场下临界电流的衰减特性曲线,计算出超导磁体的临界电流,并得出结论:设定的超导磁体通流范围完全满足安全运行的要求。此外,对设计的高温超导与常导混合悬浮电磁铁的悬浮性能与能耗情况进行了评估,通过评估得出结论:所设计的混合悬浮电磁铁可以完全满足系统的悬浮承载要求,且相较常导电磁铁其具备很大的节能优势。本文在设计混合悬浮电磁铁实验装置的过程中对电磁铁的铁芯结构进行了优化设计,提出了较U型铁芯结构性能更优的W型铁芯结构,W型铁芯相较U型铁芯在降低线圈材料使用、节约成本以及提升悬浮力等方面更具优势;设计并加工了一套高温超导与常导混合悬浮电磁铁的实验装置,并对超导磁体的临界电流进行测量,通过将测量结果与仿真结果进行对比分析,验证了利用有限元仿真软件ANSYS Maxwell对超导磁体临界电流进行预判方法的可行性与准确性。本文设计并搭建了悬浮力测量实验平台,对特定悬浮工况下悬浮电磁铁的悬浮力进行实验测量,并将测试数据与仿真结果及理论计算公式进行对比分析,实现了悬浮力理论计算公式,悬浮力有限元仿真计算以及悬浮力实验测量三者之间的相互验证。最终得出结论:利用高温超导与常导混合悬浮电磁铁来替代常导电磁铁具有较高可行性。综上,本文认为所提出的高温超导与常导混合悬浮方案有较高的可行性,有必要在未来进一步对其悬浮控制系统及背景磁场下的交流损耗等问题进行研究。
吴北民[3]（2021）在《大型超导磁体复杂结构装配及运行过程中的多场力学问题研究》文中指出超导线圈与磁体结构处于强大的电磁力作用下,除了超导材料自身需要足够的力学强度用于克服超高的电磁应力外,还必须通过施加预应力或强大的支撑与约束实现超导磁体的结构稳定性。另外,超导磁体为一复杂的多相、多尺度结构,包括了具有芯丝或层状微结构的复合超导导体、石蜡或环氧树脂绝缘材料、支撑材料与结构等,其设计与制备往往是在室温下加工和装配,而实际的运行环境则是在极低温下（如4.2K）,由此导致的极端条件下的装配力学问题成为新挑战;而运行环境的极低温、高载流、强磁场使得超导磁体往往处于复杂、苛刻的应力环境,加之超导材料应变的敏感性而呈现出的超导电性显着退化等特征,相关的多场行为与力学性能直接关联着磁体结构的安全运行。高场超导磁体设计与研制中的力学问题被公认为超导磁体应用中的瓶颈问题。围绕典型超导磁体组合结构的装配力学问题,以及其多场环境下的力学行为分析与测试,本文开展了较为系统的定量分析与实验研究,发展了新的装配技术,相关方法成功应用于中科院近代物理研究所的第四代超导离子源磁体（FECR）样机设计以及制备中,相关分析与实测结果良好吻合,为大型超导磁体复杂结构的设计分析以及运行测试提供了基本方法与理论指导。（1）围绕超导磁体典型结构——超导螺线管磁体的绕制、降温和励磁过程中多场力学问题,本文首先开展了定量分析和实验研究。分别针对低温超导Nb3Sn单螺线管磁体和Nb Ti组合式超导螺线管磁体,建立了有限元模型,实现了降温和励磁过程中的磁体多场行为分析,数值预测结果与实验吻合良好,验证了方法的可靠性。进一步通过优化分析和实验验证,提出了基于悬臂梁式的组合线圈支撑结构设计,成功解决了5T分体式超导螺线管磁体的装配和力学分析问题。（2）针对异型Nb3Sn复杂超导磁体结构的装配难题,发展了基于Bladder&key的装配新技术,研制了水-气压混合增压系统和加宽型金属压力囊（Bladder）,并通过基础实验验证了其性能的可靠性。进一步发展了针对装配及运行过程多场力学行为的数值模型,开展了结构力-热行为分析,通过考虑不同打压压力、过盈量及摩擦等因素的影响,揭示了预应力对复杂结构装配及运行过程中内部力学特征的调控机制。同时,采用应变片和非接触全场应变的DIC测量等方法,对结构装配过程中的应变进行了测量表征,分析结果与测量结果吻合良好,相关方法及结果为后期线圈结构的装配奠定了坚实的基础。（3）结合第四代超导离子源复杂磁体结构（包括4个螺线管线圈和6个六极线圈）的研制,发展了基于壳体的组合支撑结构和基于Ansys workbench平台的电磁-力-热多场分析模型。在此基础上,开展了磁体样机的结构设计与分析,形成磁体系统完整的装配力学方案以及获得了各个过程的定量结果。相关分析方法有效减少了不同功能和需求的有限元软件之间的数据信息交换带来的繁琐,数值模拟结果可用于确定磁体样机的装配参数条件和力学性能评估,为后续磁体研制提供了理论基础及方法支撑。（4）考虑装配、降温及励磁全过程,针对超导离子源磁体样机假线圈结构的装配及加载过程开展了模拟分析,同时搭建了完备的装配平台,开展了全过程的实验测试。数值预测结果与实验测量结果吻合良好,相关验证了装配力学方法的有效性为超导离子源磁体样机的装配提供了有效的理论和技术指导。（5）完成了超导离子源磁体样机超导线圈的组装、支撑结构垫补等关键装配环节,并实施磁体样机降温、励磁过程的实验测试。相关结果表明:针对样机的装配和运行测试的检测结果与数值预测结果定性上相一致,磁体样机测试结果达到了预期目标,验证了本文关于超导磁体复杂结构从装配、降温和励磁运行全过程分析方法的有效性,基于Bladder&key的装配新技术对于解决第四代超导离子源复杂磁体结构装配可靠有效,对今后大型超导磁体的研制具有的理论和工程指导意义。
袁茜[4]（2021）在《类比特高温超导磁体电磁特性及其励磁技术研究》文中研究指明REBCO（RE为稀土元素,RE=Y,Sm or Nd）涂层导体具有临界温度高、载流能力强、高场临界电流衰减小、机械性能良好等优点,在超导磁体技术应用上受到广泛关注。低温超导磁体焊接技术的成熟使得传输电流可以在磁体中流动,几乎没有衰减,并且持续电流开关的使用,使低温超导磁体输出一个稳定的磁场,广泛应用于核磁共振谱仪（NMR）和核磁共振成像（MRI）。商用的REBCO超导带材为涂层结构的氧化物陶瓷材料,无阻焊接很难实现,并且焊接电阻的存在使得REBCO超导线圈在没有电源供电时很难实现闭环运行。为了实现高温超导磁体的持续电流运行,提出一种基于闭环运行的REBCO环片的类比特高温超导磁体,其是由REBCO环片和绝缘片堆叠构成,无电流引线和焊接电阻,并且采用内部励磁技术,实现磁体的无阻持续电流运行。类比特高温超导磁体具有输出磁场高、交流损耗小、热损耗低,结构紧凑等优点。内部励磁技术是极具发展前景的磁体励磁技术,促进了类比特高温超导磁体在MRI/NMR、超导电机/发电机、磁悬浮系统、高场磁体等领域的应用。针对类比特高温超导磁体的无阻持续电流运行,探讨类比特高温超导磁体的电磁特性,对不同励磁技术磁化的类比特高温超导磁体的磁场、电流分布、交流损耗以及温度分布特征进行了深入研究。提出一种基于REBCO环片的类比特高温超导磁体,探讨REBCO环片的制作方法,并且根据高温超导磁体的设计方案,从磁体的临界电流、磁场的幅值以及磁场的均匀度三个方面,优化磁体的结构,完成类比特高温超导磁体的组装和制作。提出一种内部励磁技术,采用内部脉冲磁场使得REBCO环片感应出电流,形成独立的电流回路实现闭环运行,从而实现类比特高温超导磁体的无阻的持续电流运行,突破了高温超导磁体的励磁技术瓶颈。基于有限元计算方法并结合REBCO环片的几何特征,建立REBCO环片和类比特高温超导磁体的电磁特性和交流损耗计算模型,揭示了磁体的电磁特性,计算77 K下单个REBCO环片的自场下的临界电流和磁场分布特征,并且分析了自场下和处于交变磁场下的磁体的临界电流、磁场分布以及交流损耗,为类比特高温超导磁体的实际应用提供理论依据和数据支撑。建立类比特高温超导磁体的励磁系统和实验测量平台,研究不同励磁技术磁化的类比特高温超导磁体的磁化特性和交流损耗特性。针对类比特高温超导磁体的闭环结构,结合实验测量和仿真计算,分析场冷、零场冷、多脉冲磁场和内部励磁四种励磁技术磁化的类比特高温超导磁体的磁场和电流分布特征、交流损耗特征。基于电磁热耦合算法,建立类比特高温超导磁体的温度计算模型,揭示了类比特高温超导磁体自场下的温度特性以及不同励磁技术磁化的类比特高温超导磁体的温度特性,为类比特高温超导磁体的安全运行和保护奠定基础。本文提出一种基于REBCO环片的类比特高温超导磁体,通过理论分析、实验测量和仿真计算揭示类比特高温超导磁体的电磁特性,采用内部励磁技术实现了类比特高温超导磁体的无焊接电阻和无需电流引线的持续电流运行,为类比特高温超导磁体的实际应用铺平了道路。
朱新凯[5]（2021）在《双定子高温超导励磁场调制电机的分析与设计》文中研究表明与普通电机相比,超导电机拥有更高的电负荷或磁负荷,具有高功率密度和高效率的优势,在大容量高转矩密度推进电机、大功率直驱风力发电机、轨道交通直线驱动等领域应用前景广阔。但目前研发的超导电机多为基于电励磁同步电机拓扑结构的超导励磁同步电机,其超导励磁绕组位于转子或定子上,需要使用电刷滑环、旋转密封耦合器和力矩管等辅助部件,这些部件需要定期维护,而且运行可靠性难以保证。对可靠性要求极高的高温超导电机而言,去除电刷滑环和力矩管,实现冷却液的静态密封,提高系统可靠性,降低运维成本,将是高温超导电机的发展趋势。论文以磁场调制理论为指导,进行超导电机拓扑结构创新,提出了双定子高温超导励磁场调制电机（Dual-Stator HTS Exciting Field-Modulation Machine,简称DSHTSFMM）。这种双定子拓扑结构,超导励磁绕组和电枢绕组均位于定子上,既实现了冷却液的静态密封,又保证了电流传输的无刷化,还可降低力矩管的设计难度,具有显着特色和优势。论文以DSHTS-FMM为研究对象,提出并分析了双定子静态密封超导电机的拓扑结构,揭示了磁场调制超导电机中电枢反应磁场对超导线圈的特殊影响,提出了一种复合防失超技术,基于磁场调制理论建立了该型电机的设计方法,试制了一台10 k W样机并进行了实验研究,结果证明了该型电机分析与设计方法的正确性,最后给出了10 MW双定子高温超导场调制直驱发电机（Dual-Stator HTS Field Modulation Direct-Drive Generator,简称DSHTS-FMDDG）的概念性设计方案。论文主要研究内容及成果包括以下几个方面:1.介绍了DSHTS-FMM的拓扑结构,以磁场调制理论为指导,说明了该拓扑结构的创新来历和工作机理,阐述了该型超导电机在功率密度、超导磁体保护等方面的优势,是一种具有工程应用价值的拓扑结构。2.揭示了磁场调制超导电机中电枢反应磁场对超导线圈的特殊影响,主要是三个方面:电枢反应的基波磁场相对于超导线圈是一个低频率、大幅值的交变外部磁场;电枢反应磁场经调制器调制后会在气隙中产生丰富的相对于超导线圈运动的交变磁场;相对于超导线圈运动的交变磁场会在超导线圈上产生高的感应电压,不仅易引起励磁电流的波动,增大交流损耗,而且会影响超导线圈的电压监测。针对电枢反应磁场的特殊影响,在双定子拓扑结构的基础上,提出了一种由鼠笼式阻尼绕组和铜屏蔽层共同组成的复合式电磁屏蔽层,分别抑制大幅值低频谐波和小幅值高频谐波,对电枢反应磁场的负面影响有很好的抑制效果。3.基于磁场调制理论建立了DSHTS-FMM的数学分析模型。磁场调制理论指出任何一台电机的电磁性能都可通过“磁场源”、“调制器”和“选择器”三要素加以表征。基于此,给出了该型电机的励磁磁场源和电枢反应磁场源的数学表达式,提出了一种基于无限深槽模型的外定子调制器、转子调制器和内定子调制器的表征方法。所建立的数学模型基本能满足初始设计阶段的要求,与有限元法相比,计算速度快。4.建立了DSHTS-FMM的设计与制造方法,试制了一台10 k W样机。提出了基于气隙磁场调制理论的DSHTS-FMM初始电磁参数设计方法,根据功率、转速、体积等电机设计要求,可方便地确定出励磁磁动势、电枢绕组匝数、线圈线径等初始设计参数,为后续有限元分析与优化设计提供参考。提出了一种基于超导短样载流测试结果的超导线圈设计方法,在电磁设计阶段确定的励磁磁动势基础上,可设计出超导线圈的匝数和工作电流,从而保证超导线圈安全工作。5.搭建了DSHTS-FMM的发电实验平台,包括冷却系统、超导励磁及测试系统、对拖电机等,可通过变频调速和调节负载的方式进行10 k W样机的空载和负载实验,验证了所提分析与设计方法的正确性。6.设计了两台10 MW DSHTS-FMDDG概念性样机,一台是半超导DSHTS-FMDDG,一台是全超导DSHTS-FMDDG。从单位体积功率密度角度而言,半超导DSHTSFMDDG比永磁直驱发电机（Permanent Magnet Direct-Drive Generator,简称PMDDG）高约1.83倍,全超导DSHTS-FMDDG比PMDDG高约2.62倍。从单位重量功率密度角度而言,全铁心半超导DSHTS-FMDDG与PMDDG相比不具备优势,但采用非导磁内定子后,半超导DSHTS-FMDDG的单位重量功率密度可比PMDDG提升约28.4%。全超导DSHTS-FMDDG单位重量功率密度性能表现更优异,全铁心全超导DSHTS-FMDDG比PMDDG能提高约34.8%,采用非导磁内定子后,能提高约62%。DSHTS-FMDDG功率密度不输于基于电励磁同步电机拓扑结构的SCDDG,但DSHTS-FMDDG能解决动态密封、电刷滑环和力矩管的问题,从电机系统和服役成本的角度而言,DSHTS-FMDDG比SCDDG更具有优势。
池长鑫[6]（2020）在《基于REBaCuO高温超导带材的线圈结构设计与电磁仿真》文中提出REBaCuO（REBa2Cu3Ox,RE=Y、Gd等稀土元素）高温超导带材近年来发展迅速,其在液氮温区有较高的临界电流密度和不可逆磁场。近年来随着人工磁通钉扎技术的提高,REBaCuO高温超导带材的在场载流能力和磁通钉扎力密度远超过其它实用超导材料。另一方面,由于采用柔性哈氏合金或者不锈钢基带,其具有较强的机械性能。这些优势使得REBaCuO带材突破了第一代Bi2223/Bi2212高温超导带材的应用限制,在强电强磁领域有着更广泛的应用前景。REBaCuO高温超导带材应用可分为超导强电技术与超导强磁技术两个方面。本文基于REBaCuO带材,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,建立超导电磁器件的仿真模型。其中,为了降低REBaCuO超导线圈交流运行时的能量损耗,设计了一种复合带宽结构的单饼线圈,通过对线圈部分匝数的带材作切割处理,研究其对交流损耗的影响;为了实现超导线圈的无阻恒流运行,设计了一种基于异形闭环REBaCuO带材的磁体线圈,研究其励磁过程、优化其磁场分布;为了稳定、高效的屏蔽外部干扰磁场,基于异形闭环REBaCuO带材进一步设计了一种超导磁屏蔽线圈,无接头电阻特性使其在低频磁场下仍具有良好的磁屏蔽效应;针对超导磁悬浮列车的车载磁体应用,设计了REBaCuO高温超导跑道型磁体,研究其磁场分布,以及励磁过程和运行过程中的交流损耗。主要研究内容与成果如下:（1）基于不同带材宽度对交流损耗的影响,建立具有复合带宽结构的REBaCuO单饼线圈模型,通过对单个线圈的部分匝数带材作切割处理,使相应匝数从单根宽带变成双根窄带,分析其对交流损耗的改善作用。研究发现,由于线圈磁场沿径向呈不均匀分布,对线圈径向外侧带材作切缝处理能有效降低高载流情况下的交流损耗,其效果要好于线圈全部切缝和完全不作切缝情形。当运行交变电流幅值接近线圈在场临界电流时,仅对线圈径向外侧的40匝作切缝分割,可以有效降低交流损耗。（2）通过在单根REBaCuO超导带材中间沿长度方向切缝的方法,设计一种异形闭环的REBaCuO带材。将带材上下两部分沿相反方向撑开,即可形成无接头电阻的闭环线圈。基于该闭环结构建立了亥姆霍兹线圈模型,并计算其励磁过程、电流密度分布和捕获磁场分布。在幅值为8 mT的外场激励下,该亥姆霍兹线圈产生了2.6 mT的稳定捕获场。通过对线圈的结构对称性作作优化处理,可以提高磁场分布的均匀性,使y分量偏离磁场从0.12 mT减小到0.004mT。进一步建立四个线圈轴向排列的模型,利用磁场叠加效应,使直径30 mm球形空间内的磁场不均匀度从2.5%降至1.1%。（3）基于异形闭环REBaCuO带材,设计了一种超导磁屏蔽线圈组。利用闭环线圈的零电阻特性,实现了高中低频磁场的高效屏蔽。通过调整屏蔽线圈的匝数、内外半径比值以及两个线圈之间的距离,可获得最优化磁屏蔽效果。相对于存在接头电阻的传统超导磁屏蔽线圈,其具有更强的低频磁场屏蔽能力。在0.00001 Hz到1000 Hz的磁场频率变化范围内,闭环磁屏蔽线圈对幅值为10μT的外场的屏蔽系数可达到0.01%,并且在直径为40 mm的中心球形空间区域内,可以保持低于1%的屏蔽系数。（4）瞄准磁悬浮列车车载磁体的应用,设计了基于REBaCuO超导带材的跑道型磁体。该磁体由四个REBaCuO双饼线圈组成。通过3D仿真模型,计算了磁体的磁场分布,分析出磁场沿轴向递减的特征。在20 K环境温度下,当磁体额定运行电流为153 A时,中心磁场达到2 T。在轴向距离磁体中心点80 mm位置,可以保持在0.9 T以上的磁场。同时,明确了磁体励磁过程中的交流损耗为159 J,而磁体稳定运行时在20 mT、680 Hz变化外场中的交流损耗为0.016 W。
孙霞光[7]（2019）在《高场磁体用Nb3Al超导线材制备及电磁特性研究》文中研究说明磁约束聚变能发电技术被认为是解决未来能源危机的最有效途径,我国即将进行的中国聚变工程堆（China Fusion Engineering Test Reactor,简称CFETR）计划,其极向场线圈使用的超导磁体的最高场强为15T,现有的超导线材性能无法满足要求,开发适用于15T高场磁体用的超导线材制备技术为该计划成功的关键。目前用于10T以上高场的超导实用材料仅有Nb3Al和Nb3Sn两种,由于Nb3Al具有比Nb3Sn更好的应变容忍性,因此Nb3Al超导线材是15T高场磁体系统的最佳选择。但国内相关制备技术尚属空白,严重制约了我国磁约束核聚变能技术的发展。本论文围绕高性能Nb3Al超导长线的制备及热处理展开工作,深入研究了Nb3Al超导线材的低温、电磁等物理特性。结合Nb-Al二元和Nb-Al-Cu三元相图,Nb3Al超导线材不能采用现在大规模生产Nb3Sn的青铜法制备,因为Nb、Al、Cu反应生成非超导的三元相。低温扩散得到的Nb3Al偏离化学计量比,线材的超导性能很差,高性能Nb3Al超导线材需要使用快热急冷转变法制备。对Nb3Al前驱体线材进行快热急冷热（RHQ）处理后形成Nb（Al）ss过饱和固溶体,之后进行低温转变热处理,获得接近计量比的Nb3Al。RHQ过程中,Al的有效扩散距离为亚微米量级,因此Nb,Al层厚度在亚微米级,高均匀性的Nb3Al前驱体复合线材制备是后续开展稳定的RHQ工艺的前提。基于此,本文从最简单的套管法入手,以Al棒、Nb管为原材料,经过一次复合、二次复合和三次复合制备线材,通过系统研究线材拉拔过程中的加工性能,获得144芯和156芯套管法长线材的加工工艺,揭示了Nb-Al复合材料的塑性变形特征。144芯Nb3Al前驱体线材经RHQ处理后,在4.2 K、15 T下超导层临界电流密度Jc达到了859 A/mm2。套管法线材的超导相占整根线材比例很低,因此在保证Nb、Al扩散距离前提下,采用卷绕法制备Nb3Al前驱体复合线材,提高超导相的占比。本文用卷绕法制备了单芯、18芯、24芯等结构的Nb3Al前驱体长线,研究了低温扩散和RHQ热处理工艺对Nb3Al超导线材性能的影响。通过分析Nb-Al箔材的塑性变形规律,对比不同芯数导线的加工特性,改善冷加工变形技术后,获得18芯和24芯Nb3Al前驱体长线的优化冷加工工艺。本文研究了单芯和多芯线材的RHQ热处理,分析了线材结构对RHQ热处理参数如加热电流和走线速率的影响:单芯线材中Nb和Al层较厚,Al原子扩散反应不充分,RHQ处理后有少量Nb残余;24芯线材中Nb、Al层厚度较为合适,经RHQ热处理后,全部生成Nb3Al超导相,超导相Jc在4.2K、12 T下达到了1587A/mm2。由于卷绕法结合RHQ方法制备Nb3Al超导线材需要额外的覆铜工艺,因此本文探索了高能球磨（即机械合金化）结合粉末装管法制备Nb3Al超导线带材,期望获得低成本的制备工艺。Al含量为26 at.%,高能球磨2.5 h后获得Nb（Al）ss过饱和固溶体粉,装管拉伸后,制备出单芯和多芯Nb3Al前驱体线材;800 oC处理10 h后,获得的Nb3Al具有最佳的超导体性能,Tc达到15.8 K,临界电流密度Jc在4.2K、12T达到10000A/cm2。采用热压烧结显着提高Nb3Al超导体的致密度和晶粒连接性,热压烧结Nb3Al超导带材的Jc在5K,7T下比常规烧结块体的提高一个数量级。利用卷绕法制备的18芯Nb3Al前驱体线材,结合低温扩散热处理、环氧树脂固化、不锈钢带增强等工艺,制备出国内第一个Nb3Al超导磁体线圈:该磁体在14T背景磁场下,产生1.2T磁场,中心场强达到15.2 T。验证了Nb3Al超导线材的强磁场应用前景。综上所述,本文采用套管法、卷绕法制备了多种结构的Nb3Al前驱体线材,实现了多芯Nb3Al长线的连续快热急冷（RHQ）热处理。利用自主研制的18芯线材,成功制作了国内第一个Nb3Al高场内插超导磁体。开发出高能球磨结合粉末装管法的低成本工艺路线制备Nb3Al超导线带材,作为卷绕+RHQ工艺路线的备选方案。
蔡传兵,池长鑫,李敏娟,刘志勇,鲁玉明,郭艳群,白传易,陆齐,豆文芝[8]（2019）在《强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战》文中指出强磁体应用是高温超导材料研究的最大驱动力之一.最近基于REBa2Cu3O7-δ（RE123）涂层导体的超导磁体的中心磁场达到了26.4 T,为目前全高温超导磁体的最好水平,超过NbTi-Nb3Sn基超导磁体极限;同时,在低温超导背景场中内插17 T的第二代高温超导（2G-HTS）带材磁体实现了32 T的全超导磁体,打破了该类磁体磁场强度的世界纪录.这些强磁场技术的突破正是基于高温超导材料的进步,充分显示了高温超导材料在强磁场应用中的诱人前景.然而高温超导磁体技术能否得到进一步发展与广泛应用,还取决于高温超导材料的基础性能、成材效率和性价比的改善和提升.本文将介绍第二代高温超导带材及其磁体应用技术的国内外发展现状,主要包括第二代高温超导带材的技术路线、我国低成本化学法产业化发展情况、人工磁通钉扎技术和磁场下传输性能的提高、超导厚度诱导的临界电流密度下降以及焊接、机械性能等强电应用相关的关键科学和技术问题等.
姚艳婕[9]（2018）在《REBCO超导薄膜厚度效应研究及性能提升》文中研究说明第二代高温超导带材通常是在金属基底上沉积多层氧化物和REBa2Cu3O7-x（RE=rare earth,REBCO）超导层,因此也被称为“涂层导体”。与用于制备第一代高温超导线材的铋（Bi）系超导材料相比,REBCO材料具有更高的临界电流密度（critical current density,Jc）、更高的上临界磁场（在液氮温度77 K下具有高达7 T的上临界磁场,在液氦温度4.2 K下上临界磁场更是超过100 T）以及更小的交流损耗。因此,在强电应用领域拥有更为广阔的前景。在强电领域的实际应用中,通常用超导带材在实际工作环境中,保持超导性前提下能输运的最大电流,即临界电流（critical current,Ic）来表征带材的载流能力。Ic在数值上等于Jc与超导层横截面积的乘积。提升带材的Ic最为简捷的途径便是增加超导层的厚度。然而,在以往的研究中发现REBCO薄膜存在“厚度效应”,即随着薄膜厚度的增加,Ic的增加量会下降。另一个值得关注的点在于,在强电应用时带材通常处于有外加磁场的环境,因此,对REBCO薄膜在磁场下的电输运性能也有一定的要求。为此,本论文将围绕REBCO超导薄膜载流能力的提升,对超导层制备工艺、厚度效应、多层膜制备、生长机理以及物理特性开展研究,主要研究内容和取得的研究成果如下:（1）在制备第二代高温超导带材时,各国实验室采取不同的工艺路线。为获得高品质的超导薄膜,需要寻找合适的工艺窗口。基于本实验室前期研究基础,本文采用高效且易于调控的脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition,PLD）技术制备钆（Gd）元素替换了部分钇（Y）元素的Y0.5Gd0.5Ba2Cu3O7-x（YGBCO）超导层。通过对激光能量、激光频率、光路中聚焦透镜的焦距、靶材与基底之间的距离（靶距）、基底温度等参数进行设置,制备一系列样品。通过对样品的表面形貌和结构进行研究,我们成功制备出具有纯c轴取向并且表面平整的超导层。优化后的具体参数如下:激光频率为160 Hz,激光能量密度为1 J/cm2,靶距为4 cm,基底温度为810℃到830℃,氧分压为200m Torr。（2）为了得到较高的Ic,增加超导层厚度是最为直接的手段。但是,由于“厚度效应”的存在,随着超导层厚度的增加,Jc会下降,使得通过增加厚度来提升Ic的有效性降低。为了尽可能提升Jc,我们首先采用“多步沉积”的方法（multi-step deposition process）制备超导层,即选取合适的基底温度,每次制备厚度为240 nm的超导层,并通过多次沉积获得更厚的超导层。该种方法的好处在于,我们可以对每层的工艺参数进行调控和优化。实验的结果证明,与以往的报道结果进行对比,通过该方法能有效减缓“厚度效应”并获得表面更为平整的薄膜,厚度大于1μm的YGBCO超导层的Jc仍高达3.3 MA/cm2。此外,我们还发现在77 K自场条件下480 nm厚的薄膜样品的Jc为4.3 MA/cm2,反而比240 nm厚的薄膜样品的Jc（4.17 MA/cm2）更高,这与超导层的“厚度效应”正相反。在对样品利用X射线衍射手段进行生长取向的研究和计算后,我们发现,240 nm厚的薄膜样品中存在约0.232%的内部剩余应变（internal residual strain）,而在480nm及以上厚度的薄膜样品中内部剩余应变几乎为零。因此,我们认为,采用“多步沉积”的方法,可以释放薄膜内部因超导层和缓冲层之间晶格失配而导致的内部剩余应力（internal residual stress）,这也是480 nm厚的薄膜样品具有更高Jc的原因。但是进一步增加超导层厚度会导致样品的表面形貌以及结晶程度退化,从而导致Jc的下降。（3）根据以往的报道,采用超导体/绝缘体/超导体的三层结构可以有效减缓厚度效应,从而提升超导薄膜的Jc。但在以往的研究中,学者们考虑到REBCO的超导相干长度很小,一般将绝缘体层的厚度控制在20 nm以下,并仅讨论了自场下样品的电输运性能。在本文中,我们选取YGBCO作为超导体材料,钛酸锶（Sr Ti O3,STO）作为绝缘体材料制备了一组绝缘体层厚度分别为10 nm、40 nm、80 nm的三层结构样品以及在相同条件下制备出的超导层厚度相同的无夹层对比样品,并对其低温高磁场下的电输运性能进行了测量。结果显示,STO夹层对超导薄膜表面具有良好的修饰效果,并且能提升样品在磁场下的电输运性能。对比各个样品,我们发现,当STO厚度为80 nm时,样品的表面形貌和电输运性能最佳,77 K自场条件下的Jc从4.0MA/cm2提升至4.4 MA/cm2。此外,通过对样品磁场下电输运性能的对比,发现STO厚度为80 nm的样品在磁场下电流性能随磁场的衰减行为与无夹层对比样品相似,我们认为这是由于绝缘层厚度较厚时,会影响到电流在样品中形成的涡流。（4）在确认了超导体/绝缘体/超导体结构中绝缘体层最佳厚度为80 nm后,我们又结合“多步沉积”的方法制备了一组超导层总厚度相同而上下两层超导层厚度不同的YGBCO/STO/YGBCO样品,并制备了无夹层的YGBCO对比样品。通过测试发现,STO夹层依然能提升样品在磁场下的电输运性能。此外,下层超导层较厚的样品磁场下的Jc更高。这是因为在生长STO时,下层超导层的内部剩余应力会对样品的Jc产生影响。（5）通过以上的研究发现在制备超导层时,由于不同材料间晶格失配产生的内部剩余应力会对样品的电输运性能产生较大影响,并且内部剩余应力可以通过“多步沉积”的方法消除。因此,在本文的最后部分,我们采取引入“种子层”的制备方法去除内部剩余应力,即先在Ce O2缓冲层上沉积较薄的一层YGBCO（厚度为2-30 nm）,再进行同质外延生长YGBCO。通过改变种子层厚度,制备出超导层总厚度相同（均为300 nm）的一系列样品。通过结构和性能对比发现,采取引入“种子层”的方法可以有效提升超导层的Jc。并且,15 nm是“种子层”的最佳厚度,可将77 K自场条件下Jc从3.17 MA/cm2提升至4.17 MA/cm2。总之,通过本论文的研究,我们通过“多步沉积”、多层膜工艺和“种子层”技术减缓了YGBCO超导层的厚度效应,提高了超导层的电输运性能。在Ce O2缓冲层上采用PLD技术成功制备出了表面平整、具有纯c轴取向的YGBCO超导薄膜,超导薄膜在77 K自场条件下的Jc达到4 MA/cm2以上。并且,当超导层厚度超过1μm时,YGBCO超导薄膜在77 K自场条件下的Jc也达到了3.3 MA/cm2。以上结果与世界同行相比也毫不逊色。
孔祥玲[10]（2017）在《无换向器高温超导直流发电机的研究》文中认为高温超导材料及其制备技术的发展,为电机提供了新的技术方案,使电机向着高效化、小型化和节能化的方向发展。特别是近年来,世界各国研制出了一系列不同种类,不同用途的高温超导电机,使得高温超导电机的应用越来越广泛。而交流损耗问题是高温超导电机设计和实际应用中必须要考虑的关键技术问题。本文研究一种无换向器的高温超导直流发电机,研究了几种不同的电机结构及冷却系统方案,解决了高温超导电机的交流损耗问题,同时无传统直流电机的换向器及电力电子器件。并对其中一种结构的电机进行电磁场仿真分析,研究分析电机的内部磁路及输出特性,并进行优化设计。首先,总结了超导电机的基础理论及仿真计算理论,通过分析几种超导材料的电气特性及机械特性,选择出适合本文所设计的超导电机的超导材料。其次,提出了超导电机的设计方案。总结了超导材料交流损耗问题的产生原因及解决办法,研究了一种解决超导电机交流损耗问题的新方案,即基于法拉第电磁感应原理,研究了几种不同类型不同机结构的电机及冷却系统方案,使电机电枢绕组直接产生直流电,既避免了交流损耗问题,又无换向装置。同时参照传统永磁直流电机的设计程序,拟定超导电机的结构参数,为后续仿真计算提供理论依据。再次,采用有限元仿真软件Ansoft对全超导电机进行建模及仿真分析。通过静磁场仿真分析电机内部的磁场分布,磁路符合理论分析。通过瞬态场仿真分析电机的输出特性,电机可以输出直流电,电机的设计是合理的。最后,基于电机的输出特性,对超导电机的各部分参数进行参数化寻优,同时对电机的定子电枢绕组进行设计优化,并通过仿真验证电机的输出特性,损耗等,优化后的电机有较好的输出特性,体积更小,损耗更小。
二、高温超导线材及其强电应用研发与产业发展状况（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高温超导线材及其强电应用研发与产业发展状况（论文提纲范文）
（1）标准化助力第二代高温超导带材产业化（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 第二代REBCO氧化物高温超导带材的研发 |
| 3 第二代高温超导带材产业对标准化的需求 |
| 4 国内第二代高温超导带材的标准化之路及产业发展 |
| 4.1 长带Ic传输法测试标准项目 |
| 4.2 长带Ic感应法测试标准项目 |
| 4.3 REBCO带材室温和液氦温区拉伸 |
| 4.4 REBCO带材室温和液氮温区横向拉伸强度 |
| 5 第二代高温超导带材产业化发展和未来标准化工作设想 |
| 6 结语 |
（2）高温超导与常导混合电磁悬浮系统的电磁设计与分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 磁悬浮列车在国内外的发展状况 |
| 1.2.1 德国磁浮列车的发展概况 |
| 1.2.2 日本磁浮列车的发展概况 |
| 1.2.3 韩国磁浮列车的发展概况 |
| 1.2.4 我国磁浮列车的发展概况 |
| 1.3 高温超导与常导混合电磁悬浮技术 |
| 1.3.1 高温超导与常导混合电磁悬浮的提出 |
| 1.3.2 高温超导与常导混合电磁悬浮技术的研究现状 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 2 高温超导与常导混合悬浮系统 |
| 2.1 超导材料的特性及应用 |
| 2.1.1 超导材料的特性 |
| 2.1.2 高温超导材料的发展与应用 |
| 2.2 YBCO超导带材临界电流的各向异性 |
| 2.3 混合悬浮电磁铁悬浮特性的理论分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 高温超导与常导混合悬浮电磁铁的设计与仿真分析 |
| 3.1 有限元法及ANSYS Maxwell仿真软件概述 |
| 3.1.1 有限元法简介 |
| 3.1.2 ANSYS Maxwell仿真软件概述 |
| 3.2 混合悬浮电磁铁的设计基础 |
| 3.3 混合悬浮电磁铁的结构设计 |
| 3.3.1 超导线圈设计 |
| 3.3.2 冷却系统设计 |
| 3.4 超导线圈临界电流约束条件验证 |
| 3.5 混合悬浮电磁铁的性能分析 |
| 3.5.1 悬浮性能分析 |
| 3.5.2 线圈能耗分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 混合悬浮电磁铁实验装置的设计与制作 |
| 4.1 悬浮电磁铁铁芯结构的优化设计 |
| 4.2 常导电磁悬浮系统实验模型的设计与加工 |
| 4.3 超导电磁铁实验装置的设计与加工 |
| 4.3.1 超导电磁铁的结构设计 |
| 4.3.2 基于ANSYS Maxwell场计算器的超导磁体临界电流判定 |
| 4.4 超导电磁铁的部件加工与组装 |
| 4.5 超导磁体临界电流测试实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 实验装置悬浮性能的仿真分析与实验验证 |
| 5.1 悬浮性能的仿真分析 |
| 5.2 实验平台的设计与搭建 |
| 5.3 悬浮力测量及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）大型超导磁体复杂结构装配及运行过程中的多场力学问题研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超导磁体结构及其应用概述 |
| 1.2 相关研究现状与进展 |
| 1.2.1 超导磁体多场行为分析的数值研究 |
| 1.2.2 超导磁体多场性能表征及多场行为实验研究 |
| 1.2.3 大型超导磁体复杂结构装配中的力学行为研究 |
| 1.3 面临的问题与挑战 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 超导螺线管磁体结构装配设计及多场行为研究 |
| 2.1 超导螺线管磁体结构的多场力学行为分析模型 |
| 2.1.1 磁体绕制、降温及励磁过程的力学分析模型 |
| 2.1.2 有限元数值模型 |
| 2.2 单一超导螺线管磁体结构装配与运行过程中的力学行为分析 |
| 2.2.1 磁体结构基本特征及参数 |
| 2.2.2 磁体结构运行环境下的力学行为分析 |
| 2.2.3 实验验证及对比分析 |
| 2.3 组合超导螺线管磁体多场力学行为分析 |
| 2.3.1 磁体结构基本特征及参数 |
| 2.3.2 有限元数值分析与实验测试 |
| 2.3.3 结果与讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于Bladder&key异型超导磁体结构装配新技术及分析 |
| 3.1 基于Bladder&key的新装配系统研制 |
| 3.1.1 气-水压混合增压系统 |
| 3.1.2 Bladder&key的研制及性能测试 |
| 3.2 基于Bladder&Key装配的支撑结构力-热行为分析 |
| 3.2.1 基本方程与模型 |
| 3.2.2 有限元分析模型 |
| 3.2.3 装配及运行过程数值模拟与结果讨论 |
| 3.3 基于Bladder&Key装配的支撑结构实验测试 |
| 3.3.1 应变测量及实验过程 |
| 3.3.2 测试结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 超导离子源磁体样机结构设计及多场行为分析 |
| 4.1 超导离子源FECR磁体结构及参数 |
| 4.2 FECR磁体样机结构设计与系统组成 |
| 4.2.1 超导线圈系统 |
| 4.2.2 支撑结构系统 |
| 4.2.3 样机装配与加载流程 |
| 4.3 FECR磁体样机运行过程中电磁-力-热多场行为分析 |
| 4.3.1 磁体的电磁场分析 |
| 4.3.2 磁体的电磁-力-热行为分析 |
| 4.3.3 结果分析与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 超导离子源磁体样机假线圈装配及加载过程模拟分析与测试 |
| 5.1 超导离子源磁体样机假线圈结构及力-热行为分析 |
| 5.1.1 假线圈结构 |
| 5.1.2 磁体样机假线圈结构力-热行为分析 |
| 5.2 超导离子源磁体样机假线圈结构装配、加卸载过程实验测试 |
| 5.2.1 应变片的布置与粘贴 |
| 5.2.2 装配和加载 |
| 5.2.3 降温和回温过程 |
| 5.2.4 卸载和拆卸过程 |
| 5.3 超导离子源磁体样机假线圈结构测试全过程及模拟分析对比 |
| 5.3.1 接触压力结果对比分析 |
| 5.3.2 支撑结构应变结果及对比分析 |
| 5.3.3 假线圈应力结果及对比分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 超导离子源磁体样机超导线圈装配及运行测试 |
| 6.1 超导离子源FECR磁体样机超导线圈及结构组装 |
| 6.1.1 超导Nb_3Sn线圈组件 |
| 6.1.2 线圈和其支撑结构组装以及垫补 |
| 6.2 超导离子源磁体样机装配 |
| 6.2.1 径向装配和加载 |
| 6.2.2 轴向装配和加载 |
| 6.3 超导离子源磁体样机降温和运行过程中的测试 |
| 6.3.1 实验准备 |
| 6.3.2 降温过程与实验 |
| 6.3.3 加电励磁过程与实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（4）类比特高温超导磁体电磁特性及其励磁技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 超导磁体的发展现状 |
| 1.2.1 实用超导材料 |
| 1.2.2 超导磁体 |
| 1.2.3 混合磁体 |
| 1.2.4 REBCO超导环 |
| 1.3 REBCO线圈的励磁技术研究现状 |
| 1.3.1 电源直接供电 |
| 1.3.2 磁通泵励磁技术 |
| 1.3.3 背景磁场磁化技术 |
| 1.4 本课题的主要研究内容 |
| 第2章 类比特高温超导磁体与内部励磁技术 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 REBCO环片的制备 |
| 2.2.1 REBCO超导带材的临界电流测量 |
| 2.2.2 REBCO环片的设计与制备 |
| 2.2.3 REBCO环片的临界电流测量 |
| 2.3 类比特高温超导磁体的制备 |
| 2.3.1 磁体的设计方法 |
| 2.3.2 磁体的结构设计 |
| 2.3.3 磁体的组装 |
| 2.4 内部励磁技术 |
| 2.4.1 内部励磁的原理 |
| 2.4.2 内部励磁的结构 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 类比特高温超导磁体的电磁特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论分析与数值计算 |
| 3.2.1 超导体的临界态模型 |
| 3.2.2 有限元仿真方法 |
| 3.3 REBCO环片的临界电流与磁场 |
| 3.3.1 REBCO环片的仿真模型 |
| 3.3.2 仿真计算结果分析 |
| 3.4 类比特高温超导磁体的临界电流与磁场 |
| 3.4.1 磁体的临界电流计算 |
| 3.4.2 磁体的磁场计算 |
| 3.5 类比特高温超导磁体的交流损耗 |
| 3.5.1 交流损耗机制 |
| 3.5.2 交流损耗计算方法 |
| 3.5.3 磁体自场下的交流损耗 |
| 3.5.4 交变磁场下的磁体的交流损耗 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 类比特高温超导磁体的励磁技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 励磁技术与磁化实验 |
| 4.2.1 场冷和零场冷磁化实验 |
| 4.2.2 多脉冲磁场磁化实验 |
| 4.2.3 内部励磁磁化实验 |
| 4.3 不同励磁技术的磁体的磁场与电流分布 |
| 4.3.1 场冷和零场冷磁化的磁体的磁场与电流 |
| 4.3.2 多脉冲磁场磁化的磁体的磁场与电流 |
| 4.3.3 内部励磁磁化的磁场与电流 |
| 4.4 不同励磁技术磁化的磁体的交流损耗 |
| 4.4.1 场冷和零场冷磁化的磁体的交流损耗 |
| 4.4.2 多脉冲磁场磁化的磁体的交流损耗 |
| 4.4.3 内部励磁磁化的磁体的交流损耗 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 类比特高温超导磁体的热稳定分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 电磁热耦合仿真模型 |
| 5.2.1 REBCO环片的热参数 |
| 5.2.2 传热仿真模型 |
| 5.3 磁体的温度分布计算 |
| 5.3.1 充放电过程中磁体的温度分布 |
| 5.3.2 传输交变电流磁体的温度分布 |
| 5.3.3 交变磁场下的磁体的温度分布 |
| 5.4 不同励磁技术磁化的磁体的温度分布 |
| 5.4.1 场冷和零场冷磁化的磁体的温度分布 |
| 5.4.2 多脉冲磁场磁化的磁体的温度分布 |
| 5.4.3 内部励磁磁化的磁体的温度分布 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）双定子高温超导励磁场调制电机的分析与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| §1.1.选题背景及意义 |
| §1.2.超导材料发展及应用简介 |
| §1.2.1.超导体概述 |
| §1.2.2.超导线材发展简介 |
| §1.2.3.超导块材发展简介 |
| §1.3.高温超导电机的发展现状 |
| §1.3.1.动态密封超导电机 |
| §1.3.2.静态密封超导电机 |
| §1.3.3.磁场调制类超导电机 |
| §1.4.本课题研究内容与论文结构 |
| §1.4.1.课题研究主要内容 |
| §1.4.2.论文结构 |
| 参考文献 |
| 第2章 双定子高温超导励磁场调制电机拓扑结构研究 |
| §2.1.引言 |
| §2.2.双定子高温超导励磁场调制电机拓扑结构 |
| §2.3.双定子高温超导励磁场调制电机工作原理 |
| §2.4.双定子高温超导励磁场调制电机预防超导磁体失超的能力 |
| §2.5.双定子高温超导励磁场调制电机拓扑结构演化 |
| §2.6.本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 磁场调制超导电机中电枢反应对超导线圈的影响及抑制方法 |
| §3.1.引言 |
| §3.2.磁场调制超导电机与超导同步电机电枢反应的比较 |
| §3.2.1.超导同步电机中电枢反应对超导线圈的影响 |
| §3.2.2.磁场调制超导电机电枢反应对超导线圈的影响 |
| §3.3.抑制电枢反应对超导线圈影响的策略研究 |
| §3.3.1.阻尼绕组屏蔽层 |
| §3.3.2.复合式电磁屏蔽层 |
| §3.4.本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 基于气隙磁场调制理论的双定子超导励磁场调制电机数学模型研究 |
| §4.1.引言 |
| §4.2.气隙磁场调制理论 |
| §4.3.双定子高温超导励磁场调制电机数学模型 |
| §4.3.1.励磁磁动势模型 |
| §4.3.2.电枢磁动势模型 |
| §4.3.3.等效气隙模型 |
| §4.3.4.阻尼绕组屏蔽层模型 |
| §4.4.数学模型的分析结果及有限元验证 |
| §4.4.1.气隙磁通密度 |
| §4.4.2.电枢绕组反电动势 |
| §4.4.3.电磁转矩 |
| §4.4.4.阻尼绕组的焦耳损耗 |
| §4.5.本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 10k W双定子高温超导励磁场调制电机的设计与制造 |
| §5.1.引言 |
| §5.2.极槽配合设计 |
| §5.3.电磁参数设计 |
| §5.4.超导线圈设计 |
| §5.5.电磁屏蔽层设计 |
| §5.6.电磁性能分析 |
| §5.7.超导磁体热负荷估算 |
| §5.7.1.电流引线传导热 |
| §5.7.2.支撑架传导热 |
| §5.7.3.环境温度辐射热量 |
| §5.7.4.超导线圈的交流损耗 |
| §5.7.5.过冷液氮的流量设计 |
| §5.8.10 kW DSHTS-FMM样机制造 |
| §5.8.1.超导磁体制造 |
| §5.8.2.样机部件制造 |
| §5.8.3.样机装配 |
| §5.9.本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 双定子高温超导励磁场调制电机的试验平台与试验研究 |
| §6.1.引言 |
| §6.2.DSHTS-FMM样机的试验平台简介 |
| §6.3.DSHTS-FMM样机的试验研究 |
| §6.3.1.超导线圈的临界电流测量 |
| §6.3.2.超导磁体的临界电流测量 |
| §6.3.3.DSHTS-FMM样机试验 |
| §6.4.本章小结 |
| 第7章 10 MW双定子高温超导场调制直驱风力发电机的概念设计与性能分析 |
| §7.1.引言 |
| §7.2. 10 MW双定子高温超导场调制直驱风力发电机的设计 |
| §7.2.1.拓扑结构设计 |
| §7.2.2.超导线材选择 |
| §7.2.3.低温杜瓦的设计 |
| §7.2.4.极对数组合的设计 |
| §7.2.5.磁负荷与电负荷的设计 |
| §7.3.10 MW双定子高温超导场调制直驱发电机电磁性能分析 |
| §7.4. 10MW概念性直驱风力发电机的对比分析 |
| §7.4.1.DSHTS-FMDDG重量估算 |
| §7.4.2.非导磁性内定子DSHTS-FMDDG |
| §7.4.3.DSHTS-FMDDG功率密度对比 |
| §7.5.本章小结 |
| 参考文献 |
| 第8章 总结与展望 |
| §8.1.全文总结 |
| §8.2.课题展望 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（6）基于REBaCuO高温超导带材的线圈结构设计与电磁仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 高温超导材料及各向异形的磁通钉扎 |
| 1.1.1 实用高温超导材料 |
| 1.1.2 REBaCuO涂层导体各向异形的磁通钉扎 |
| 1.2 高温超导材料的强磁强电应用 |
| 1.2.1 超导强磁应用 |
| 1.2.2 超导强电应用 |
| 1.3 基于REBaCuO带材的新型磁体线圈研究现状 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第二章 高温超导带材的电磁特性与数值计算 |
| 2.1 高温超导材料的E-J关系 |
| 2.2 REBaCuO带材在场临界电流的各向异形 |
| 2.3 高温超导材料的数值仿真控制方程 |
| 第三章 复合带宽REBaCuO超导线圈的交流损耗 |
| 3.1 交流损耗的计算和测量 |
| 3.1.1 交流损耗仿真计算方法 |
| 3.1.2 交流损耗的测量方法 |
| 3.1.3 交流损耗仿真值与测量值的对比 |
| 3.2 复合带宽法减少线圈的交流损耗 |
| 3.2.1 单线圈复合带宽模型 |
| 3.2.2 切缝宽度对交流损耗的影响 |
| 3.2.3 复合带宽对线圈交流损耗的影响 |
| 3.2.4 电流密度和交流损耗关系的分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于异形闭环REBaCuO带材的线圈结构设计和磁场优化 |
| 4.1 异形闭环REBaCuO线圈的结构设计 |
| 4.2 异形闭环REBaCuO线圈的励磁过程 |
| 4.3 异形闭环REBaCuO线圈的电流与磁场分布 |
| 4.3.1 电流分布 |
| 4.3.2 磁场分布 |
| 4.4 异形闭环REBaCuO线圈的磁场均匀度优化 |
| 4.4.1 闭环线圈结构的优化 |
| 4.4.2 辅助线圈的设计 |
| 4.4.3 磁场均匀度的优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于异形闭环REBaCuO带材的线圈磁屏蔽效应 |
| 5.1 常规超导线圈的磁场屏蔽效应 |
| 5.2 异形闭环REBaCuO磁屏蔽线圈的设计 |
| 5.2.1 结构设计 |
| 5.2.2 两种屏蔽指标 |
| 5.2.3 模型网格划分方法 |
| 5.3 异形闭环线圈磁场屏蔽效率的计算与优化 |
| 5.3.1 外线圈半径与屏蔽效率的关系 |
| 5.3.2 不同线圈匝数的屏蔽效率 |
| 5.3.3 线圈的屏蔽系数空间分布 |
| 5.3.4 组合线圈对屏蔽效率的优化 |
| 5.3.5 不同外场频率与强度下的屏蔽效率 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 REBaCuO跑道型磁体的设计与电磁仿真 |
| 6.1 跑道型磁体的性能和设计 |
| 6.2 磁场分布与线圈在场载流能力 |
| 6.2.1 磁场分布 |
| 6.2.2 线圈的在场载流能力 |
| 6.3 跑道型磁体的交流损耗 |
| 6.3.1 励磁过程的交流损耗 |
| 6.3.2 稳定运行时的指数损耗和交流损耗 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者在攻读博士学位期间公开发表的论文 |
| 作者在攻读博士学位期间参加的会议 |
| 作者在攻读博士学位期间所做的项目 |
| 致谢 |
| 附录1 |
| 附录2 |
（7）高场磁体用Nb3Al超导线材制备及电磁特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 超导电性 |
| 1.2.1 超导的发展史 |
| 1.2.2 超导体的基本概念 |
| 1.2.3 超导微观理论 |
| 1.2.4 超导技术应用 |
| 1.3 Nb_3Al超导材料研究进展 |
| 1.3.1 Nb-Al二元相图和Nb-Al-Cu三元相图 |
| 1.3.2 Nb_3Al超导线材制备方法 |
| 1.3.3 金属材料的塑性变形机理 |
| 1.3.4 Nb_3Al超导线材热处理方法 |
| 1.3.5 过饱和固溶体Nb(Al)_(ss)的加工性 |
| 1.3.6 Nb_3Al超导线表面覆铜技术 |
| 1.3.7 Nb_3Al超导线材的应用 |
| 1.3.8 Nb_3Al超导线材存在的问题 |
| 1.4 本文研究内容和目标 |
| 第2章 实验方法及表征分析 |
| 2.1 基本实验方法简介 |
| 2.2 检测方法 |
| 2.2.1 X射线衍射分析 |
| 2.2.2 透射电镜分析 |
| 2.2.3 扫描电镜分析 |
| 2.2.4 电输运性能测量 |
| 2.2.5 磁学性质测量 |
| 第3章 套管法制备Nb_3Al超导长线及性能研究 |
| 3.1 实验材料及过程 |
| 3.2 Nb_3Al前驱体线材制备 |
| 3.2.1 Nb_3Al单芯一次复合棒加工 |
| 3.2.2 Nb_3Al多芯二次复合线材加工 |
| 3.2.3 Nb_3Al多芯三次复合线材加工 |
| 3.3 Nb_3Al前驱体线材热处理及低温超导性能 |
| 3.3.1 低温扩散热处对Nb_3Al超导性能的影响 |
| 3.3.2 不同快热急冷热处理条件对Nb_3Al超导性能的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 粉末装管法Nb_3Al超导线材制备及物性 |
| 4.1 实验原材料要求及实验过程 |
| 4.2 高能球磨条件对Nb_3Al超导体成相及性能的影响 |
| 4.2.1 球磨时间对Nb_3Al超导相成相的影响 |
| 4.2.2 Al含量对Nb_3Al超导相成相的影响 |
| 4.2.3 退火条件对Nb_3Al超导相成相的影响 |
| 4.2.4 高压热处理对Nb_3Al成相及低温性能的影响 |
| 4.3 高能球磨Nb_3Al超导线材制备及性能 |
| 4.4 粉末法线材RHQ热处理 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 卷绕法制备Nb_3Al超导长线及物性研究 |
| 5.1 实验原材料及过程 |
| 5.2 卷绕法制备单芯Nb_3Al前驱体线材 |
| 5.3 卷绕法多芯Nb_3Al前驱体线材的制备 |
| 5.4 低温扩散法制备Nb_3Al超导线材结构与性能 |
| 5.5 快热急冷热处理Nb_3Al超导线材微观结构及超导性能 |
| 5.5.1 Nb_3Al短样的RHQ热处理 |
| 5.5.2 单芯长线的RHQ热处理 |
| 5.5.3 18芯长线RHQ热处理 |
| 5.5.4 24芯长线连续RHQ热处理 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 Nb_3Al超导磁体制作及性能测试 |
| 6.1 18芯Nb_3Al超导线材低温性能 |
| 6.2 内插磁体线圈设计及绝缘固化材料选择 |
| 6.3 内插磁体线圈的制作 |
| 6.4 磁体线圈励磁测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
（8）强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战（论文提纲范文）
| 1 高温超导材料实用化及其磁体应用概述 |
| 2 第二代高温超导带材的关键技术路线 |
| 2.1 氧化物缓冲层的双轴织构建立 |
| 2.2 RE123超导层的外延生长 |
| 2.3 低成本化学法的产业化技术发展 |
| 3 第二代高温带材磁传输各向异性及其人工调制 |
| 3.1 高温超导体层状结构和磁传输各向异性 |
| 3.2 RE123高温超导薄膜人工钉扎及磁通钉扎密度提升 |
| 4 基于RE123高温超导带材的磁体研究进展 |
| 5 强磁场用高温超导带材的若干技术和市场挑战 |
| 5.1 超导带材的机械性能和成品加工技术 |
| 5.2 超导层的厚度效应 |
| 5.3 性价比和市场竞争力 |
| 6 结论和展望 |
| 补充材料 |
（9）REBCO超导薄膜厚度效应研究及性能提升（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 概述 |
| 1.1 超导简介 |
| 1.1.1 超导现象的发现与研究历程 |
| 1.1.2 超导材料的特征 |
| 1.2 高温超导材料简介 |
| 1.2.1 高温超导材料的发展历史 |
| 1.2.2 高温超导材料的应用 |
| 1.3 Y系高温超导材料的制备 |
| 1.3.1 Y系高温超导材料的结构要求 |
| 1.3.2 第二代高温超导带材主流结构 |
| 1.4 第二代高温超导带材物理性质和应用指标 |
| 1.4.1 临界温度 |
| 1.4.2 临界电流密度 |
| 1.4.3 临界磁场 |
| 1.5 第二代高温超导带材的发展现状与发展趋势 |
| 1.5.1 第二代高温超导带材的发展现状 |
| 1.5.2 第二代高温超导带材的发展趋势 |
| 1.6 论文选题和主要研究内容 |
| 第二章 样品制备、测试分析方法 |
| 2.1 第二代高温超导带材超导层主要物理制备方法 |
| 2.1.1 脉冲激光沉积(PLD) |
| 2.1.2 磁控溅射(Magnetron Sputtering) |
| 2.1.3 共蒸发法(Co-evaporation) |
| 2.2 薄膜分析、表征方法Y系高温超导材料微观结构表征方法 |
| 2.2.1 X射线衍射(XRD) |
| 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.3 原子力显微镜(AFM) |
| 2.2.4 台阶仪(Surface Profiler) |
| 2.3 超导特性分析方法 |
| 2.3.1 四引线法(DC four-probe standard method) |
| 2.3.2 综合物性测量系统(PPMS) |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 “多步沉积”方法制备YGBCO薄膜 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 基底的选择和制备 |
| 3.3 超导层的选择和制备 |
| 3.4 在CeO2/IBAD-MgO基底上制备PLD-YGBCO薄膜 |
| 3.4.1 实验细节 |
| 3.4.2 基底温度的影响 |
| 3.4.3 激光能量密度的影响 |
| 3.4.4 靶距的影响 |
| 3.5 “多步沉积”方法制备的不同厚度YGBCO薄膜微观结构和超导性能的研究 |
| 3.5.1 实验细节 |
| 3.5.2 不同厚度YGBCO薄膜超导性能测试 |
| 3.5.3 不同厚度YGBCO薄膜微观结构测量 |
| 3.5.4 不同厚度YGBCO薄膜表面形貌表征 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 YGBCO/STO/YGBCO三层结构的研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 磁通钉扎原理 |
| 4.3 YGBCO/STO/YGBCO三层结构中间层厚度研究 |
| 4.3.1 实验细节 |
| 4.3.2 不同厚度STO中间层对微观结构的影响 |
| 4.3.3 不同厚度STO中间层对表面形貌的影响 |
| 4.3.4 不同厚度STO中间层对超导性能的影响 |
| 4.4 YGBCO/STO/YGBCO三层结构中底层的影响 |
| 4.4.1 实验细节 |
| 4.4.2 样品微观结构对比 |
| 4.4.3 样品表面形貌对比 |
| 4.4.4 样品超导性能对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 引入“种子层”技术制备YGBCO超导薄膜研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 薄膜生长模型 |
| 5.3 实验细节 |
| 5.4 结果与讨论 |
| 5.4.1 种子层微观结构测量 |
| 5.4.2 种子层表面形貌分析 |
| 5.4.3 超导层微观结构测量 |
| 5.4.4 超导性能测试 |
| 5.4.5 超导层表面形貌表征 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用论文 |
| 攻读博士学位期间参与项目 |
（10）无换向器高温超导直流发电机的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 超导材料的发展与分类 |
| 1.2.1 低温超导材料 |
| 1.2.2 高温超导材料 |
| 1.3 国内外超导电机领域的研究现状 |
| 1.3.1 超导电机的种类 |
| 1.3.2 国外超导电机的发展现状 |
| 1.3.3 国内超导电机的发展现状 |
| 1.3.4 高温超导电机研究领域中发现的问题 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 第2章 高温超导直流电机的理论基础 |
| 2.1 高温超导直流电机的基本结构和工作特性 |
| 2.1.1 基本结构 |
| 2.1.2 工作特性 |
| 2.2 高温超导直流电机的关键技术问题 |
| 2.2.1 电机主要电磁参数 |
| 2.2.2 提高电压技术 |
| 2.2.3 大电流集电技术 |
| 2.3 电机中的超导材料 |
| 2.3.1 设计超导电机需要考虑的超导材料特性 |
| 2.3.2 超导材料可靠性及可行性论证 |
| 2.4 超导电机仿真分析理论基础 |
| 2.4.1 三维静磁场计算原理 |
| 2.4.2 三维瞬态场计算原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高温超导直流发电机的结构研究 |
| 3.1 高温超导电机的交流损耗问题 |
| 3.1.1 交流损耗产生的原因 |
| 3.1.2 减小交流损耗的方法 |
| 3.1.3 解决交流损耗问题的新方案 |
| 3.2 高温超导直流发电机的结构及磁路 |
| 3.2.1 电机励磁部分随轴旋转的方案 |
| 3.2.2 电机电枢部分随轴旋转的方案 |
| 3.3 高温超导直流发电机的冷却系统 |
| 3.3.1 定子超导化直流电机冷却系统 |
| 3.3.2 转子超导化直流电机冷却系统 |
| 3.3.3 全超导直流电机冷却系统 |
| 3.4 高温超导直流发电机电气及结构参数选定 |
| 3.4.1 超导发电机电气参数 |
| 3.4.2 超导发电机结构参数 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 高温超导直流发电机的仿真分析 |
| 4.1 高温超导直流发电机有限元建模 |
| 4.2 高温超导直流发电机静磁场仿真 |
| 4.3 高温超导直流发电机瞬态场仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 无换向器高温超导直流发电机的优化 |
| 5.1 基于气隙磁场大小的各部分结构参数的优化分析 |
| 5.2 定子绕组的优化设计 |
| 5.3 优化后的电机仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、高温超导线材及其强电应用研发与产业发展状况（论文参考文献）
- [1]标准化助力第二代高温超导带材产业化[J]. 李洁,刘宜平,史越,蔡传兵,赵跃,张国民,郑东宁,周兴江. 中国标准化, 2021(S1)
- [2]高温超导与常导混合电磁悬浮系统的电磁设计与分析[D]. 李文龙. 北京交通大学, 2021(02)
- [3]大型超导磁体复杂结构装配及运行过程中的多场力学问题研究[D]. 吴北民. 兰州大学, 2021
- [4]类比特高温超导磁体电磁特性及其励磁技术研究[D]. 袁茜. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [5]双定子高温超导励磁场调制电机的分析与设计[D]. 朱新凯. 东南大学, 2021
- [6]基于REBaCuO高温超导带材的线圈结构设计与电磁仿真[D]. 池长鑫. 上海大学, 2020(02)
- [7]高场磁体用Nb3Al超导线材制备及电磁特性研究[D]. 孙霞光. 西南交通大学, 2019(06)
- [8]强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战[J]. 蔡传兵,池长鑫,李敏娟,刘志勇,鲁玉明,郭艳群,白传易,陆齐,豆文芝. 科学通报, 2019(08)
- [9]REBCO超导薄膜厚度效应研究及性能提升[D]. 姚艳婕. 上海交通大学, 2018
- [10]无换向器高温超导直流发电机的研究[D]. 孔祥玲. 哈尔滨工程大学, 2017(06)