高温超导带材交流损耗的理论分析与实验测量

发布时间：2017-08-17 16:22

  本文关键词：高温超导带材交流损耗的理论分析与实验测量

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【摘要】：高温超导交流损耗的出现会加重制冷系统的负担并影响超导装置的稳定性,而交流磁化率对于研究临界电流和磁通钉扎效应有重要作用。所以研究高温超导材料的交流损耗和交流磁化率具有重要的现实意义。本文就高温超导带材这两个电磁特性从理论分析与实验测量两方面展开了研究。首先,建立了高温超导带材交流损耗的计算模型,计算了两种高温超导带材在不同n值下随电流幅值变化的交流损耗。为了解决不同研究人员在研究带材交流损耗时所给定的n值、频率等基本条件不同而无法对比结果的问题,本文推导了椭圆截面高温超导带材的传输交流损耗的标度定律(Scaling Law),从而可以方便且快速地得到任意条件下的交流损耗值,使得不同条件、不同计算方法的结果得以互相标度进而互相对比,并验证了该标度定律的正确性,这是标度定律首次应用于计算椭圆带材的传输交流损耗。其次,建立了两种高温超导带材交流磁化率的计算模型,利用Brandt方法计算了不同频率、不同磁场幅值时的交流磁化率,推导了外场交流磁化率的标度定律,并与Brandt推导的n=1以及n→∞时的计算结果进行对比,验证了该交流磁化率标度定律的正确性。计算了考虑磁场依赖性即以随磁场变化时的交流磁化率。国内外对交流磁化率的研究以实验测量为主,本文的研究对于高温超导带材交流磁化率的理论计算有一定意义。再次,利用COMSOL Multiphysics有限元软件仿真分析了两种不同高温超导带材的电流密度、磁场的分布情况；并将H公式与高温超导材料的Power Law (E-J)关系相结合,计算得到磁场H的解,并以此为模型基础,计算得到交流损耗。最后,建立了基于LabVIEW控制的锁相放大器法测量高温超导带材交流损耗测试平台,分别测量了第一代和第二代高温超导带材以及国产的不同宽厚比的BSCCO高温超导带材的交流损耗,与计算结果进行对比,再次验证了理论计算以及标度定律的准确性；介绍了用高精度数据采集卡实时采集被测信号,由积分公式求得交流损耗的方法。将两种测量方法得到的结果进行对比,分析了误差产生的原因。
【关键词】：高温超导带材 交流损耗 交流磁化率 标度定律 数据采集系统
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM26
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 高温超导电磁特性研究现状12-14
• 1.2.1 交流损耗研究现状12-13
• 1.2.2 交流磁化率研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-17
• 2 高温超导带材交流损耗理论模型与实验原理17-29
• 2.1 交流损耗理论模型与分析17-23
• 2.1.1 临界态模型概述17-18
• 2.1.2 自场下的交流损耗18-21
• 2.1.3 外场下的交流损耗21-23
• 2.2 交流损耗的实验测量23-28
• 2.2.1 测量方法概述23-26
• 2.2.2 本论文采用的测量方法26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 高温超导带材电磁特性理论计算29-57
• 3.1 椭圆薄带自场下的交流损耗计算29-43
• 3.1.1 交流损耗理论29-31
• 3.1.2 交流损耗计算31-35
• 3.1.3 传输标度定律35-40
• 3.1.4 影响交流损耗因素的分析40-43
• 3.2 高温超导带材外场下的交流磁化率计算43-51
• 3.2.1 交流磁化率的计算43-49
• 3.2.2 交流磁化率的标度定律49-51
• 3.3 考虑磁场依赖性的交流磁化率计算51-55
• 3.3.1 高温超导材料的电磁各向异性51-52
• 3.3.2 考虑磁场依赖性交流磁化率计算52-55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 高温超导带材的建模仿真57-67
• 4.1 高温超导带材的电磁仿真57-62
• 4.1.1 仿真模型的建立57-60
• 4.1.2 仿真结果分析60-62
• 4.2 高温超导带材的交流损耗仿真62-64
• 4.2.1 仿真模型的建立62-64
• 4.2.2 仿真结果分析64
• 4.3 本章小结64-67
• 5 高温超导带材交流损耗实验测量67-85
• 5.1 临界电流的测量67-69
• 5.1.1 临界电流的定义67-68
• 5.1.2 临界电流的实验测量68-69
• 5.2 锁相放大器测量带材交流损耗69-78
• 5.2.1 实验装置的设计与选择70-72
• 5.2.2 基于LabVIEW的锁相法交流损耗测量系统72-78
• 5.3 积分法测量交流损耗78-82
• 5.4 本章小结82-85
• 6 结论85-87
• 参考文献87-91
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果91-95
• 学位论文数据集95

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本文编号：689964