无铁磁基带高温超导电缆模型交流损耗测量与分析

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1、上海交通大学硕士学位论文无铁磁基带高温超导电缆模型交流损耗测量与分析硕士研究生：许经纬学号：1120319114导师：洪智勇副教授副导师：李柱永申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电子信息与电气工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterACLOSSMEASUREMENTANDANALYSISOFHTSCABLEMODELWITHNON-MAGNETICSUBSTRATEC

2、andidate：XuJingweiStudentID:1120319114Supervisor：Prof.HongZhiyongAssistantSupervisor:Dr.LiZhuyongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringElectronicInformationandAffiliation：ElectricalEngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferri

3、ng-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversityI上海交通大学硕士学位论文无铁磁基带高温超导电缆模型交流损耗测量与分析摘要随着材料科学、制冷技术等多方面的快速发展，超导技术尤其是高温超导应用前景越来越广阔。超导电力应用包括超导限流器、超导输电电缆、超导电机等多种新型电力设备，其相较于传统电力设备具有独特的优势。由于单根超导带材临界电流限制，在应用过程中通常是多根超导带材共同使用，以提高载流、传输功率能力，高温超导电缆就是其中之一。然而超导电缆在传输电能过程中产生交流损耗，这将极大地影响其工作过程

4、中的稳定性和经济性，如何准确测量超导电缆的交流损耗、确定配套制冷系统的容量以及研究电缆中超导带材间磁场的影响，减小整体交流损耗是超导电缆实际应用和运行的必要条件。本课题将从实验测量和仿真分析两个角度共同研究超导电缆交流损耗。文章首先制作五边形单层超导电缆模型，测量其每周期交流损耗，测量值与单根损耗比较，分析损耗变化情况。与此同时，利用有限元仿真软件，搭建仿真模型，数值计算交流损耗，与实验值相比较，验证可行性。在此基础上，课题测量并仿真在有直流偏置下的超导电缆的交流损耗，分析直流偏置对电缆交流损耗影响。之后，完成五边形双层超导电缆

5、模型，研究层间磁场对整体交流损耗的影响以及损耗变化趋势。同时，对双层超导电缆在传输含有直流偏置电流的损耗变化规律进行研究。课题还将对双层十边形的超导电缆交流损耗进行研究，分析层间电流分布、电缆带材间距及层间距离对电缆损耗的影响。实验测量及数值计算结果表明，课题搭建的数值仿真模型与测量结果相一致，能够准确有效地指导实验模型的结构设计以达到减小交流损耗的目的：对于五边形单层电缆而言，其交流损耗较单根带材交流损耗有所减少；对于多层结构电缆，减小同一层带材间隙以及增大II上海交通大学硕士学位论文层间距离可以有效减小整体损耗。本课题的结论

6、将为超导电缆的设计提供重要依据，以实现性能和成本的最优化。关键字：高温超导电缆，交流损耗，直流偏置，有限元仿真III上海交通大学硕士学位论文ACLOSSMEASUREMENTANDANALYSISOFHTSCABLEMODELWITHNON-MAGNETICSUBSTRATEABSTRACTHightemperaturesuperconducting(HTS)tapesarewidelyusedinmanyfieldsastherapiddevelopmentofthematerialscience,thecoolingtech

7、nologyandsoon.Superconductingelectricalapparatus,includingsuperconductingfaultcurrentlimiters,superconductingtransmissioncablesandsuperconductingtransformershavemanyuniqueadvantagesoverconventionalones.Asthelimitationofcriticalcurrentofonesinglesuperconductingtape,ma

8、nysuperconductingapparatus,suchassuperconductingcablesusuallyconsistofmultipleHTStapes.However,theAClossesofsuperconductingcablesco