【摘要】：隨著城市化進程的發(fā)展,人們對于電力質(zhì)量的要求越來越高,高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)可以有效的平衡電力系統(tǒng)中的負荷波動,維持電壓和頻率的穩(wěn)定。高溫超導(dǎo)儲能磁體是超導(dǎo)儲能系統(tǒng)最為關(guān)鍵的器件,因此對于其穩(wěn)定性的分析顯得尤為重要。高溫超導(dǎo)儲能線圈在正常工作中會受到兩種應(yīng)力的作用,一種為超導(dǎo)線圈因受到安培力而產(chǎn)生的電磁應(yīng)力,另一種為超導(dǎo)線圈在充放電過程中交流損耗引起的溫升所產(chǎn)生的熱應(yīng)力,本文將從電磁應(yīng)力與熱應(yīng)力兩個方面來分析超導(dǎo)線圈的應(yīng)力應(yīng)變�，F(xiàn)有的交流損耗計算方法在求解三維超導(dǎo)線圈模型時存在計算速度慢、收斂性差等問題,因此本文提出基于迭代電導(dǎo)率的快速交流損耗求解方法,通過電導(dǎo)率與電場強度E的關(guān)系來描述超導(dǎo)體高度非線性E-J本構(gòu)關(guān)系,充分考慮磁場因素對臨界電流的影響,通過此方法可以準確求解交流損耗。本文首先分析了 4根堆疊超導(dǎo)帶材的電磁應(yīng)力應(yīng)變分布,結(jié)果表明超導(dǎo)帶材電磁應(yīng)力應(yīng)變分布并不均勻,應(yīng)力最大值為3.95×104 Pa,在浸漬環(huán)氧樹脂后,應(yīng)力最大值為2.16×104 Pa,結(jié)合應(yīng)力數(shù)值以及應(yīng)力分布圖可以看出浸漬環(huán)氧樹脂可以有效降低超導(dǎo)帶材所受的電磁應(yīng)力。然后分析了超導(dǎo)儲能線圈在兩種固定約束下的應(yīng)力應(yīng)變分布圖,結(jié)果表明,超導(dǎo)儲能線圈在電磁應(yīng)力下均發(fā)生了一定的形變,形變量對于超導(dǎo)帶材有一定的拉伸作用,但是兩種情況下的應(yīng)力應(yīng)變均未超過超導(dǎo)帶材的臨界值。本文建立三維超導(dǎo)線圈有限元模型,分析了以交流損耗作為熱源的超導(dǎo)線圈熱應(yīng)力應(yīng)變分布,在模型中通過電磁仿真求解交流損耗,得到超導(dǎo)線圈的交流損耗具有周期性的結(jié)論,其周期為傳輸電流周期的一半,最大交流損耗體密度為5.97×105 W/m3。然后結(jié)合固體傳熱理論與熱膨脹理論分析超導(dǎo)線圈熱應(yīng)力應(yīng)變,結(jié)果表明超導(dǎo)線圈最大熱應(yīng)力為1.08×104 Pa,在只考慮熱膨脹作用下超導(dǎo)線圈總7位移最大值為8.2×10-,結(jié)合熱應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值與分布圖可以得出,超導(dǎo)線圈的熱應(yīng)力應(yīng)變分布并不均勻,若熱量不能及時耗散在熱量聚集區(qū)域,有可能會造成超導(dǎo)線圈與環(huán)氧樹脂絕緣層產(chǎn)生分離現(xiàn)象,造成超導(dǎo)線圈失超。本文實驗繞制了超導(dǎo)雙餅線圈,在分析浸漬固化熱處理溫度與時間對臨界電流的影響得出最佳浸漬范圍后,對超導(dǎo)線圈進行真空浸漬,實驗測量了浸漬固化前后超導(dǎo)線圈的臨界電流,結(jié)果表明超導(dǎo)線圈的臨界電流衰減3.2%,線圈浸漬工藝對超導(dǎo)線圈臨界電流的衰減在可接受范圍之內(nèi)。
【圖文】：

逡逑圖１－３邋Ｂｉ－２２２３高溫超導(dǎo)帶材的截面示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｂｉ－２２２３邋ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋ｔａｐｅ逡逑ＲＥＢＣＯ涂層導(dǎo)體即第二代高溫超導(dǎo)帶材是通過在帶狀的金屬基底上采用物逡逑理氣相沉積法沉積涂抹ＲＥＢＣＯ薄膜而制成的高溫超導(dǎo)帶材，ＲＥ指的是稀土元素，逡逑第二代高溫超導(dǎo)帶材中具有代表性的為ＹＢＣＯ高溫超導(dǎo)帶材。ＹＢＣＯ高溫超導(dǎo)體逡逑的制造工藝思路為在金屬基帶上鍍膜，因此也被稱為涂層導(dǎo)體。ＹＢＣＯ高溫超導(dǎo)逡逑體類似于三明治結(jié)構(gòu)，如圖１－４所示為ＹＢＣＯ涂層導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。ＹＢＣＯ導(dǎo)線逡逑通常分為基底層、金屬氧化物緩沖層、ＹＢＣＯ高溫超導(dǎo)層、以及金屬保護層［１５］。逡逑ＹＢＣＯ涂層導(dǎo)體鍍膜的方式主要有激光沉積法、濺射法和通過有機金屬化合物氣逡逑相沉積（ＭＯＣＶＤ）為代表的化學氣相沉積法。ＹＢＣＯ涂層導(dǎo)體的通流能力比Ｂｉ逡逑高溫超導(dǎo)體要好，且具有更好的拉伸強度，在較大的機械應(yīng)力下仍能保證臨界電逡逑流不會有較大幅度的衰減。ＹＢＣＯ高溫超導(dǎo)帶材的主要生產(chǎn)廠家有美國ｓｕｐｅｒｐｏｗｅｒ逡逑公司、美國超導(dǎo)公司、韓國ＳｕＮＡＭ、日本藤倉公司、中國上海超導(dǎo)公司等。其中逡逑中國上海超導(dǎo)公司采用物理氣相沉積法制備ＹＢＣＯ高溫超導(dǎo)薄膜。其生產(chǎn)的超導(dǎo)逡逑帶材具有優(yōu)越的電性能，較高的電流密度以及較大的交流損耗�，F(xiàn)如今美國超導(dǎo)逡逑公司己經(jīng)可以生產(chǎn)出幾百米、幾千米長的高溫超導(dǎo)帶材，，己經(jīng)達到超導(dǎo)帶材在電逡逑力系統(tǒng)中的使用要求。表１－１提供了不同廠家的ＹＢＣＯ高溫超導(dǎo)帶材各項參數(shù)。逡逑銅穩(wěn)定層邋邐逡逑銀

的機械特性適合用于大容量高溫超導(dǎo)儲能磁體。采用絕緣套或金屬套捆綁固定可逡逑以使其具有較好的機械強度，但是隨著導(dǎo)體厚度的加大ＴＳＴＣ復(fù)合導(dǎo)體只能用于逡逑繞制較大半徑的高溫超導(dǎo)儲能線圈。圖１－７為３２根ＹＢＣＯ組成的ＴＳＴＣ高溫超導(dǎo)逡逑體［１７］。邐．邐？邐．逡逑ＩＨ逡逑⑷焊接RG逡逑［：筆墓：…逡逑（ｂ）焊接后逡逑圖］－７邋３２根ＹＢＣＯ組成的ＴＳＴＣ高溫超導(dǎo)體逡逑Ｆｉｇ．邋１－７邋ＴＳＴＣ邋ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ邋ｏｆ邋３２邋ＹＢＣＯ逡逑７逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM55

【參考文獻】

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本文編號：2690119