50kA超導變壓器制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種50kA超導變壓器，包括有初級線圈骨架、次級線圈骨架，兩個骨架構成同軸雙骨架結構，初級線圈、次級線圈分別繞制在初級線圈骨架、次級線圈骨架，初級線圈在內、次級線圈在外，兩個線圈構成同軸螺旋管磁體結構；所述初級線圈通過一對高溫超導電流引線與外部直流電源連接，次級線圈向下伸出兩引腳接入超導變壓器終端接頭盒；還包括有超導變壓器杜瓦，超導變壓器杜瓦為初級線圈和次級線圈提供真空絕熱環(huán)境。本發(fā)明專利技術的初級線圈最大電流150A，次級線圈電流達50kA，電流放大系數大于333；本發(fā)明專利技術具有電流大、電流放大系數大、超導變壓器終端接頭盒接觸電阻小、電流時間常數大、漏熱小、運行安全等特點。

50kA superconducting transformer

The invention discloses a 50kA superconducting transformer comprises a primary coil, a secondary coil skeleton, skeleton, skeleton structure composed of two coaxial double frame, a primary coil and a secondary coil are wound on the primary coil and the secondary coil skeleton skeleton, the primary coil, a secondary coil, outside, two coaxial spiral tube coil magnet structure; the pair of HTS current lead and external DC power supply are connected through the primary coil, a secondary coil extends downward to two pin access superconducting transformer terminal box; also comprises a superconducting transformer dewar, superconducting transformer Dewar vacuum insulation provides environment for the primary and secondary coils. The primary coil of the maximum current 150A of the invention, the secondary coil current up to 50kA, the current amplification coefficient is greater than 333; the invention has the advantages of large current, current amplification coefficient, superconducting transformer terminal box small contact resistance and current time constant, small heat leakage and safe operation etc..

【技術實現步驟摘要】
50kA超導變壓器
：本專利技術主要涉及超導應用領域，具體涉及一種50kA超導變壓器。
技術介紹
：與傳統(tǒng)常規(guī)變壓器相比，超導變壓器具有體積小、重量輕、損耗小、漏磁小、輸出電流大、無火災隱患及不污染環(huán)境等特點。與使用直流電源供電的系統(tǒng)相比，超導變壓器的成本較低，且所需的電流引線承載能力要小很多，從而減少了電流引線的設計制造成本。用超導變壓器作為超導裝置與常規(guī)電力系統(tǒng)的接口設備，通過電磁耦合而不是直接接觸連接不同溫度的裝置，可以降低漏熱。為了對ITER校正場線圈用超導導體性能進行測試，我們建立了一個超導導體測試裝置，測試裝置包括背場磁體、可變溫樣品杜瓦、超導變壓器、低溫系統(tǒng)、磁體電源、數據采集系統(tǒng)、失超探測及失超保護系統(tǒng)。其中超導變壓器次級線圈電流大于50kA，用于給待測導體樣品供電。
技術實現思路
：本專利技術的目的是給超導導體提供大電流，進行超導導體實驗研究，本專利技術提供一種電流放大系數大、接觸電阻小、電流時間常數大、漏熱小、運行安全的50kA超導變壓器。本專利技術是通過以下技術方案實現的：50kA超導變壓器，其特征在于：包括有初級線圈骨架、次級線圈骨架，兩個骨架構成同軸雙骨架結構，初級線圈、次級線圈分別繞制在初級線圈骨架、次級線圈骨架，初級線圈在內、次級線圈在外，兩個線圈構成同軸螺旋管磁體結構；所述初級線圈通過一對高溫超導電流引線與外部直流電源連接，次級線圈向下伸出兩引腳接入超導變壓器終端接頭盒；還包括有超導變壓器杜瓦，超導變壓器杜瓦為初級線圈和次級線圈提供真空絕熱環(huán)境。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述初級線圈采用兩根超導股線繞制，共15層，2942匝；所述次級線圈采用單層CICC超導導體繞制，共4匝。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述初級線圈采用液氦浸泡冷卻，次級線圈采用超臨界氦迫流冷卻。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述超導變壓器杜瓦包括有液氮冷屏，所述液氮冷屏罩設在整個超導變壓器的外部，液氮冷屏內還設有變壓器浸泡氦槽、液氦儲槽、液氮儲槽、熱截流銅法蘭，液氮冷屏外還設有多層絕熱輻射屏，初級線圈骨架、次級線圈骨架置于變壓器浸泡氦槽中，變壓器浸泡氦槽中設有氦液位計，所述高溫超導電流引線上部穿過液氮冷屏、多層絕熱輻射屏頂部并套設有電流引線上部套管，高溫超導電流引線下部套設有波紋管并與初級線圈連接，高溫超導電流引線上位于波紋管下方設有熱截流銅法蘭，熱截流銅法蘭外設有液氮儲槽，高溫超導電流引線與初級線圈的連接處設有液氦儲槽，液氮冷屏頂部貫穿設有液氦輸液管、液氮輸液管、氦氣回氣管、氮氣回氣管。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述液氦儲槽、變壓器浸泡氦槽外分別設有多層絕熱層。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述多層絕熱輻射屏的側壁上設有真空抽口、安全閥一、中部加強圈、下部加強筋。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述電流引線上部套管上設有安全閥二、測量引線接頭。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述次級線圈的兩引腳上分別設有一個羅柯線圈。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述次級線圈的兩引腳穿過變壓器下法蘭后再與超導變壓器終端接頭盒連接。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述初級線圈帶有失超探測及失超保護系統(tǒng)，用于確保超導變壓器安全運行。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述高溫超導電流引線由高溫超導引線和常規(guī)銅引線組成,高溫超導材料選擇Bi-2223/AgAu(0.25×4mm)帶材，并嵌在不銹鋼支撐管表面。所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述高溫超導電流引線與熱截流銅法蘭之間墊氮化鋁陶瓷材料，從而同時實現電絕緣及高熱傳導。高溫超導電流引線設有熱截流裝置，熱截流裝置通過液氮對流冷卻，并通過熱傳導將截點溫度控制在77k左右。高溫超導電流引線底端浸泡在液氦中，整個電流引線有氦氣冷卻。液氦儲槽主要起儲存、補充液氦的作用，保證初級線圈的長時間安全、穩(wěn)定運行。液氮儲槽除為液氮冷屏提供冷量，冷卻電流引線熱截流裝置外，還被用做測量引線和輸液管的熱沉。所述液氮冷屏由紫銅制作，外面包覆60-80層絕熱輻射屏，多層絕熱由雙面鍍鋁薄膜和纖維織網組成，層密度小，反射率高可以有效地遏制熱輻射。超導變壓器終端接頭盒采用單室搭接接頭形式，銅與不銹鋼的連接采用真空釬焊，埋入接頭盒的超導電纜采用預壓灌錫的方法。初級線圈由兩根超導股線繞制而成，中間抽頭作為失超探測的信號線使用。初級線圈采用平衡橋路失超探測方法和釋能電阻失超保護方法。在需要使用此超導變壓器時，只需在待測樣品端部制作相匹配的接頭盒。本專利技術能提供的電流大于50kA，能夠滿足各種超導導體的測試需求。本專利技術的優(yōu)點是：本專利技術具有電流大、電流放大系數大、超導變壓器終端接頭盒接觸電阻小、電流時間常數大、漏熱小、運行安全等特點。此超導變壓器超導變壓器終端接頭盒采用單室搭接接頭形式，此接頭形式具有拆卸方便、可重復使用、冷卻效果好、交流損耗小、接觸電阻小等優(yōu)點。在需要使用此超導變壓器時，只需在待測樣品端部制作相匹配的接頭盒即可，從而大大節(jié)省了實驗時間、成本，提高了測量結果的可靠性。附圖說明：圖1為本專利技術的結構示意圖。圖中：1-高溫超導電流引線2-安全閥二3-測量引線接頭4-電流引線上部套管5-液氦輸液管6-氦氣回氣管7-液氮輸液管8-氮氣回氣管9-波紋管10-真空抽口11-熱截流銅法蘭12-多層絕熱輻射屏13-液氮儲槽14-液氮冷屏15-液氦儲槽16-安全閥一17-超導變壓器18、19-多層絕熱20-中部加強圈21-變壓器下法蘭22-氦液位計23-加強筋24-超導變壓器終端接頭盒25-次級線圈26-次級線圈骨架27-初級線圈骨架28-變壓器浸泡氦槽29-初級線圈30-羅柯線圈具體實施方式：如圖1所示。50kA超導變壓器，包括有初級線圈骨架27、次級線圈骨架26，兩個骨架構成同軸雙骨架結構，初級線圈29、次級線圈25分別繞制在初級線圈骨架27、次級線圈骨架26，初級線圈29在內、次級線圈25在外，兩個線圈構成同軸螺旋管磁體結構；初級線圈29通過一對高溫超導電流引線1與外部直流電源連接，次級線圈25向下伸出兩引腳接入超導變壓器終端接頭盒24；還包括有超導變壓器杜瓦，超導變壓器杜瓦為初級線圈29和次級線圈25提供真空絕熱環(huán)境。初級線圈29采用兩根超導股線繞制，共15層，2942匝；次級線圈25采用單層CICC超導導體繞制，共4匝。初級線圈29與初級線圈骨架27間墊有兩層聚酰亞胺薄膜，骨架兩個法蘭內側也分別嵌套3mm厚的環(huán)氧，在初級線圈29最外層用玻璃絲纖維半疊包纏繞1.5mm厚度，經過VPI工藝(真空壓力浸漬)形成初級線圈29的絕緣結構。次級線圈25的絕緣結構是通過在導體外層纏繞4層共1-2mm厚玻璃絲纖維半疊包帶，然后繞制在3mm厚的無磁不銹鋼骨架26上，最后整體線圈經VPI工藝固化形成的。初級線圈29采用液氦浸泡冷卻，次級線圈25采用超臨界氦迫流冷卻。超導變壓器杜瓦包括有液氮冷屏14，所述液氮冷屏14罩設在整個超導變壓器17的外部，液氮冷屏14內還設有變壓器浸泡氦槽28、液氦儲槽15、液氮儲槽13、熱截流銅法蘭11，液氮冷屏14外還設有多層絕熱輻射屏12，初級線圈骨架27、次級線圈骨架26置于變壓器浸泡氦槽28中，變壓器浸泡氦槽28中設有本文檔來自技高網...

【技術保護點】
50kA超導變壓器，其特征在于：包括有初級線圈骨架、次級線圈骨架，兩個骨架構成同軸雙骨架結構，初級線圈、次級線圈分別繞制在初級線圈骨架、次級線圈骨架，初級線圈在內、次級線圈在外，兩個線圈構成同軸螺旋管磁體結構；所述初級線圈通過一對高溫超導電流引線與外部直流電源連接，次級線圈向下伸出兩引腳接入超導變壓器終端接頭盒；還包括有超導變壓器杜瓦，超導變壓器杜瓦為初級線圈和次級線圈提供真空絕熱環(huán)境。

【技術特征摘要】
1.50kA超導變壓器，其特征在于：包括有初級線圈骨架、次級線圈骨架，兩個骨架構成同軸雙骨架結構，初級線圈、次級線圈分別繞制在初級線圈骨架、次級線圈骨架，初級線圈在內、次級線圈在外，兩個線圈構成同軸螺旋管磁體結構；所述初級線圈通過一對高溫超導電流引線與外部直流電源連接，次級線圈向下伸出兩引腳接入超導變壓器終端接頭盒；還包括有超導變壓器杜瓦，超導變壓器杜瓦為初級線圈和次級線圈提供真空絕熱環(huán)境。2.根據權利要求1所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述初級線圈采用兩根超導股線繞制，共15層，2942匝；所述次級線圈采用單層CICC超導導體繞制，共4匝。3.根據權利要求2所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述初級線圈采用液氦浸泡冷卻，次級線圈采用超臨界氦迫流冷卻。4.根據權利要求1所述的50kA超導變壓器，其特征在于：所述超導變壓器杜瓦包括有液氮冷屏，所述液氮冷屏罩設在整個超導變壓器的外部，液氮冷屏內還設有變壓器浸泡氦槽、液氦儲槽、液氮儲槽、熱截流銅法蘭，液氮冷屏外還設有多層絕熱輻射屏，初級線圈骨架、次級線圈骨架置于變壓器浸泡氦槽中，變壓器浸泡氦槽中設有氦液位計，所述高溫超導電流引線上部穿過液氮冷屏、多層絕熱輻射屏頂部并套設有電流引線上部套管，高溫超導電流引線下部套設有波紋管并與初級線圈連接，高溫超導電流引線上位于波紋管下方設有熱截流銅法蘭，熱截流銅法...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：施毅，劉華軍，武玉，劉方，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽,34