發(fā)布時(shí)間：2018-01-14 05:28

  本文關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)材料交流損耗測(cè)試方法及應(yīng)用研究　出處：《蘭州大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：超導(dǎo)體與傳統(tǒng)導(dǎo)體的本質(zhì)區(qū)別在于其所具有的無阻載流特性,正是這一特征吸引著眾多研究人員的目光,在新型超導(dǎo)材料制備、物理機(jī)制揭示及工程實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域開展了不懈探索,取得了重要的研究成果。以具有實(shí)用化前景的非理想二類超導(dǎo)體為例,當(dāng)其承載不超過臨界電流的直流電流時(shí),超導(dǎo)體內(nèi)部沒有任何能量損耗,這時(shí)該超導(dǎo)體處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。然而,在超導(dǎo)體實(shí)際應(yīng)用過程中,承載電流變化或所處環(huán)境電磁場(chǎng)的變化均不可避免,會(huì)給超導(dǎo)體帶來能量損耗,通常將其定義為交流損耗。交流損耗的產(chǎn)生會(huì)造成超導(dǎo)體內(nèi)部局部溫度升高并伴隨著釘扎性能和臨界電流的降低,給超導(dǎo)裝置帶來巨大的安全隱患。如2008年歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)巨型超導(dǎo)磁體的爆炸事故就是源于超導(dǎo)材料局部失超而引起液氦蒸發(fā)所致,造成歷時(shí)14個(gè)月,耗資6千萬美元的停機(jī)整修。因此,超導(dǎo)材料的交流損耗特征已成為超導(dǎo)器件安全性設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一,相應(yīng)的超導(dǎo)材料交流損耗的測(cè)試方法研究引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。另外,對(duì)于臨界溫度高于液氮沸點(diǎn)的氧化物陶瓷類高溫超導(dǎo)材料,制備和應(yīng)用過程中微裂紋的出現(xiàn)不可避免。因此,對(duì)于含裂紋超導(dǎo)材料的交流損耗特征也成為前沿問題之一,主要原因在于在裂紋尖端屏蔽電流分布的復(fù)雜性導(dǎo)致該區(qū)域的能量損耗難以采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行測(cè)試。為此,本博士學(xué)位論文在開展傳統(tǒng)絕熱測(cè)溫法的關(guān)鍵參數(shù)、測(cè)試誤差等研究的基礎(chǔ)上,首次獲得了高溫超導(dǎo)材料焊接接頭的交流損耗特征及其內(nèi)部電流和電阻的變化規(guī)律。通過對(duì)該方法測(cè)試原理的研究將其測(cè)試功能擴(kuò)展,首次得到了含裂紋超導(dǎo)材料的交流損耗。最后采用電測(cè)法對(duì)這類樣品的交流損耗也進(jìn)行了測(cè)試,對(duì)比結(jié)果表明本文所提出的絕熱測(cè)溫升法的可靠性。主要工作如下:首先,詳細(xì)介紹了自行組建的絕熱測(cè)溫升法和電測(cè)法實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。接著采用這兩種測(cè)試方法對(duì)YBCO涂層導(dǎo)體的交流損耗進(jìn)行了測(cè)試,并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Norris理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了本文自行組建的兩套交流損耗測(cè)試系統(tǒng)的可靠性。然后針對(duì)絕熱測(cè)溫升法的實(shí)驗(yàn)影響因素進(jìn)行了詳細(xì)研究,獲得了測(cè)試臨界電流和校正曲線所需的最優(yōu)直流電加載速度和加載區(qū)間,并通過對(duì)絕熱測(cè)溫升法的實(shí)驗(yàn)誤差分析得到了最優(yōu)電流加載時(shí)間47s。其次,采用絕熱測(cè)溫升法對(duì)YBCO焊接接頭和完整超導(dǎo)樣品在不同排布方式下的交流損耗進(jìn)行了測(cè)量。通過對(duì)超導(dǎo)焊接接頭和完整樣品的交流損耗進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)接頭長(zhǎng)度對(duì)其損耗影響較小,并且超導(dǎo)接頭處的發(fā)熱量不會(huì)影響整個(gè)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)提出了一種超導(dǎo)焊接接頭電流分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和理論模型,其理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合表明本文提出的理論模型的正確性。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的研究實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)絕熱測(cè)溫升法測(cè)試功能的擴(kuò)展,并以此獲得了含裂紋超導(dǎo)體交流損耗的特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著裂紋長(zhǎng)度的增加,裂紋對(duì)完整超導(dǎo)樣品損耗功率的影響急劇增大,嚴(yán)重影響超導(dǎo)裝置運(yùn)行的安全性。最后,采用電測(cè)法對(duì)受橫向載荷作用和含裂紋超導(dǎo)樣品的交流損耗進(jìn)行了測(cè)量。弄清了橫向壓應(yīng)力對(duì)超導(dǎo)樣品交流損耗的影響規(guī)律,并將其與軸向拉伸對(duì)樣品交流損耗的影響進(jìn)行了對(duì)比。隨后采用電測(cè)發(fā)對(duì)含裂紋超導(dǎo)樣品交流損耗進(jìn)行測(cè)試,并與之前的絕熱測(cè)溫升法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示這兩種方法獲得的交流損耗隨著加載電流和裂紋長(zhǎng)度的變化規(guī)律一致,證實(shí)了擴(kuò)展后絕熱測(cè)溫升法的可靠性。
[Abstract]:The essential difference between superconductor and traditional conductor is no resistance current carrying its characteristic, it is this feature attracts many researchers attention in the new superconducting materials preparation, physical mechanism and actual application in the project areas to carry out the unremitting exploration and made important research results. With the practical prospects the non ideal two superconductors, for example, when the carrying DC current does not exceed the critical current, the superconductor without any loss of energy, then the superconductor in steady state operation. However, in the superconductor in practical application process, changes in current carrying or changes in environment field are inevitable, will bring the energy loss to the superconductor, usually defined as the AC loss. AC losses generated will cause local temperature superconductors with reduced nail proof performance and the critical current, to super The guide device is a huge security risks. As of 2008 the European Hadron Collider giant superconducting magnet explosion is derived from superconducting material local quench caused by evaporation of liquid helium, which lasted 14 months, at a cost of $60 million renovation shutdown. Therefore, the AC loss characteristics of superconducting materials has become one of the important parameters of superconducting device safety design and Research on the test method of AC loss of the corresponding superconducting materials has attracted attention of many scholars. In addition, the critical temperature is higher than the boiling point of liquid nitrogen oxide ceramic superconducting materials, preparation and application of micro cracks appear inevitable. Therefore, it has become a key problem for one of the characteristics of AC losses of superconducting materials with cracks the main reason lies in the complexity, crack tip shielding current distribution leads to energy loss in the region is difficult to use the traditional method. For the test. Therefore, this dissertation carried out the key parameters in the traditional adiabatic temperature measurement method, based on test error and so on, for the first time variation of welded joint of high temperature superconducting materials AC loss characteristics and current and internal resistance. Through the research on the method of testing the principle of the test function expansion, for the first time the AC losses of superconducting materials with crack. Finally the AC loss of electric measurement on this kind of samples were also tested, comparison results show that the reliability of the adiabatic temperature rise method proposed in this paper. The main work is as follows: first, introduces the temperature rise to the formation of adiabatic method and electric measurement test system. Then using the two kinds of test methods for AC loss of YBCO coated conductors were tested, and the experimental results and theoretical calculation results of Norris were compared to verify the self The reliability for formation of two sets of AC loss test system. Then according to the affecting factors of temperature rise of adiabatic method were studied to obtain optimal critical current test and calibration curve for DC loading speed and loading range, and through the analysis of test error on the adiabatic temperature rise measurement method to get the optimal loading current the second time 47s., the adiabatic temperature rise of AC losses of joint and complete superconducting samples in different arrangements of YBCO welding was measured. The AC loss of HTS welded joints and complete samples were compared with that joint length has little influence on the heat loss, and will not affect the stability of superconducting junction device operation. At the same time put forward a superconducting welded joint current distribution test method and theoretical model, the theoretical calculation and experimental results of kiss He showed the correctness of the theoretical model proposed in this paper. Through the research on the extension principle of the traditional adiabatic temperature rise test function, and in order to get the characteristics of the cracked superconductor AC loss. The experimental results show that with the increase of the crack length, the crack on the end effect of full superconducting sample power loss increases rapidly. Seriously affect the safety operation of superconducting devices. Finally, the electrometric method of transverse load and crack of superconducting samples of AC losses were measured. To ascertain the transverse compressive stress on AC losses of superconducting samples the influence rule, and compares them with axial strain on the samples. Then the influence of AC loss the electrical measurement test of hair crack superconducting samples of AC losses, and temperature rise before the adiabatic method were compared. The result shows that AC loss obtained by these two methods The reliability of the extended adiabatic temperature measurement method is confirmed by the uniform variation of the load current and the crack length.

【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM26

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本文編號(hào)：1422239