【摘要】：作為一門新興學科,脈沖技術(shù)被廣泛用于醫(yī)療、電力等行業(yè)。目前,該技術(shù)的核心是高密度的能量存儲以及高功率能量釋放。超導脈沖技術(shù)將超導磁儲能、脈沖功率結(jié)合,具有能量存儲久、無耗能、分量輕、對初級輸入要求低等優(yōu)點。超導儲能脈沖變壓器是超導脈沖功率系統(tǒng)的重要組成部件,它集初級能量的存儲和高脈沖成形功能于一體。本論文以Bi-2223/Ag高溫超導脈沖變壓器為對象,對其先后展開了相關(guān)理論分析、基本組成結(jié)構(gòu)設(shè)計、多種性能優(yōu)化分析、直流試驗驗證分析。介紹了本課題的來源、研究背景、意義,對相關(guān)文獻進行了歸納總結(jié),詳細地介紹了脈沖功率系統(tǒng)儲能方式、超導材料發(fā)展進程及現(xiàn)狀。對超導體基本特性進行分析,介紹了有限元分析基本理論。借助Ansoft軟件分析了Bi-2223/Ag線圈模型的軸向、徑向感應(yīng)磁場分布特點,提出了Bi-2223/Ag高溫超導線圈臨界電流計算方法。分析了脈沖變壓器基本工作原理,設(shè)計了小型單模塊Bi-2223/Ag高溫超導脈沖變壓器模型,結(jié)合有限元仿真結(jié)果,擬合出了變壓器原邊臨界電流密度表達式。采用改變線圈高厚比的方案對單模塊脈沖變壓器原邊臨界電流、儲能容量、耦合系數(shù)、線圈受力進行優(yōu)化分析。選擇了發(fā)散磁場小、儲能大、載流能力強的環(huán)形組合結(jié)構(gòu)作為多模塊高溫超導脈沖變壓器組合排列方式。分析了多模塊磁場坐標轉(zhuǎn)換方法,針對不同路徑下的磁場分布進行分析。對環(huán)形多模塊高溫超導脈沖變壓器的相關(guān)性能參數(shù)進行了優(yōu)化分析與對比。設(shè)計并組裝一小型單模塊Bi-2223/Ag脈沖變壓器,在液氮條件下進行了直流測試試驗。把測試結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比,有力地驗證了本論文中關(guān)于Bi-2223/Ag高溫超導脈沖變壓器原邊線圈臨界電流值計算方法的可行性。本文的相關(guān)研究結(jié)果對Bi-2223/Ag高溫超導脈沖變壓器在超導脈沖功率系統(tǒng)中的實用化提供了一定的基礎(chǔ)。
【圖文】：

常見的儲能方式主要分為：機械、電感、電容器、化學等儲能[1]。圖各種方式在放電時間與儲能密度兩方面的對比。就儲能密度來說，以機械儲能和化學儲能為最高[2]。但是對于脈沖功率技術(shù)來種儲能方式均具有一定的限制：化學儲能具有不可重復性、能量釋放慢的缺點能的脈沖壓縮裝置結(jié)構(gòu)復雜，同時也具有能量釋放慢的缺點[3-4]。傳統(tǒng)脈沖功率技術(shù)依靠電容儲能[5]。電容儲能型脈沖功率技術(shù)的典型代表是 S試驗室的 ZA 設(shè)備，其最大釋放電流約為 26KA，儲能達 23MJ，電壓可達 6上升沿為 100ns。但是，整個裝置的直徑達 33m，體積龐大、儲能密度相對較較高，存在一定的電流泄露問題。

度達到了 164K[47]。圖1.2 呈現(xiàn)了超導材料的發(fā)展示意圖[48]。圖 1.2 超導材料發(fā)展示意圖Fig. 1.2 Aschematic diagram for the superconducting materials傳統(tǒng)的低溫超導材料有 NbTi、Nb3Sn、Nb3Al、Nb3Ge 等；高溫超導材料有 YBCO、Bi2212、Bi-2223 等[67]。表 1.1 列舉了目前常見的超導線材的基本特點，其中 Bc為線材的臨界磁感應(yīng)強度，Tc為其超導轉(zhuǎn)變溫度。NbTi、Nb3Sn 等傳統(tǒng)的低溫超導線材大部分可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。NbTi 材料的本質(zhì)是金屬合金，它具有較好的機械強度，目前已經(jīng)可以制成微米級極細芯導線。作為一種金屬化合物，Nb3Sn 的機械性能較弱，一般需采用內(nèi)錫發(fā)制作，另一方面 Nb3Sn 所能承受
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM417

【參考文獻】

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本文編號：2599823