一種應用Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的組合繞組，由Bi系超導線圈（1）、Y系超導線圈（2）、超導線圈骨架（3）、超導線圈軸向間隔層（4）、線圈上支撐板（5）、線圈下支撐板（6）、線圈緊固螺桿（7）組成。Bi系超導線圈（1）位于組合繞組中部，Y系超導線圈（2）位于組合繞組端部；組合繞組安裝在低溫杜瓦筒（8）和低溫杜瓦上蓋板（9）組成的低溫杜瓦內部，由液氮直接蒸發冷卻或液氮加制冷機迫流循環冷卻。組合繞組通過拉桿（10）與低溫杜瓦上蓋板（9）安裝在一起。本發明專利技術利用Bi系高溫超導帶材自場臨界電流高和Y系高溫超導帶材在外場下臨界電流退降小等特點，可用于制作交流繞組和直流繞組。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種應用Bi系和Y系兩種不同類型超導帶材繞制的超導磁體。
技術介紹
應用于電力系統中高溫超導變壓器、電抗器和儲能磁體中的高溫超導磁體需要具備承受高電壓和大電流的能力。對于需承受大電流的高溫超導磁體而言，由于難以采用多帶并聯的換位導線制作螺旋式繞組，通常需采用多個雙餅繞組或者圓筒式繞組組成的并聯結構。應用于交流場合，采用多個繞組并聯的方式，由于各個繞組所處磁場的位置不同，各繞組之間的自感和互感存在差異，從而導致各繞組的電流分配也存在差異；同時，對于超導繞組，在繞組中部的磁場軸向分量很大，而在繞組端部磁場的徑向分量很大。為了解決多個繞組電流分配不均勻的問題，采用繞組間換位是一種方式，但是繞組間的換位常常不是完全換位，環流仍然不可避免存在。另外，繞組間換位通常需要采用普通導線，不僅增加了損耗，而且為高壓絕緣的處理帶來很多困難。考慮到當前的高溫超導帶材有很多種類和規格，特別是Y系超導帶材，由于采用鍍膜方式制作，理論上帶材的寬度可以制作為任意規格。利用不同規格的Bi系和Y系高溫超導帶材繞制雙餅繞組和圓筒式繞組，可以解決多個并聯繞組電流分布不均的問題。采用不同種類超導帶材繞制超導繞組在強磁場低溫超導磁體領域有所應用。中國專利技術專利200910080590. 2提出了一種內插YBCO高溫超導線圈的低溫超導磁體系統。為了提高NbTi和Nb3Sn組合形成的低溫超導線圈的中心磁場，該專利將YBCO高溫超導線圈插入由NbTi和Nb3Sn組成的外圍超導線圈的內孔中。內插YBCO型高溫超導線圈和外圍低溫超導線圈均放置在充有液氦的低溫容器中。該超導磁體應用NbT1、Nb3Sn低溫超導線材和 YBCO高溫超導帶材繞制組合繞組，Y系超導線圈位于低溫超導線圈內部，運行于液氦環境下，應用于強磁場領域。該專利專利技術的組合磁體系統具有較多的匝數和較大的電感，但運行電壓和電流都相對較小，因此無法應用于超導電力領域。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有高溫超導繞組采用單一 Bi系或Y系超導帶材繞制，由于各線圈的自感和互感不同，且繞組端部和中部磁場不同，而使超導帶材的載流能力未能被充分利用等缺點，提出了一種同時采用不同規格Bi系和Y系超導帶材繞制高溫超導繞組的方案。本專利技術將利用不同規格的Bi系和Y系高溫超導帶材繞制雙餅結構繞組和圓筒式繞組，從而解決多個串并聯繞組電流分配不均的問題。本專利技術技術方案如下本專利技術應用不同類型超導帶材繞制的組合繞組由Bi系超導線圈、Y系超導線圈、 超導線圈骨架、超導線圈軸向間隔層、線圈上支撐板、線圈下支撐板，以及線圈緊固螺桿組成。Bi系超導線圈位于組合繞組中部，Y系超導線圈位于組合繞組端部；各Bi系超導線圈和Y系超導線圈軸向采用超導線圈軸向之間由線圈軸向間隔層分隔，以散熱和絕緣。組合繞組安裝在低溫杜瓦筒和低溫杜瓦上蓋板組成的低溫杜瓦內部，由液氮直接蒸發冷卻或液氮加制冷機迫流循環冷卻。超導繞組通過拉桿與低溫杜瓦上蓋板安裝在一起。本專利技術應用 Bi系高溫超導帶材和Y系高溫超導帶材繞制的組合繞組采用了由多個Bi系超導線圈和多個Y系超導線圈并聯組成的結構，Bi系超導線圈和Y系超導線圈均繞制在超導線圈骨架外部，線圈上支撐板和線圈下支撐板分別位于超導線圈的上部和下部，通過線圈緊固螺桿將超導線圈壓緊。組合繞組中Bi系超導線圈和Y系超導線圈均為一種或多種規格超導帶材繞制成的雙餅結構或多層圓筒式結構。目前Bi系和Y系高溫超導帶材已實現了較大規模的產業化，其單根長度已達數百米，Bi系高溫超導帶材的臨界電流密度Jc可達150-200A/mm2 (77K，自場)，Y系高溫超導帶材的臨界電流密度Jc可達100-150A/mm2(77K，自場)。Bi系高溫超導帶材寬度有3mm和4mm兩種；而Y系高溫超導帶材的寬度主要有3mm、4mm、6mm、IOmm 和12mm三種。當然超導帶材的寬度從理論上可以根據需求做定制設計。從當前生產工藝來看，Bi系高溫超導帶材的自場臨界電流密度仍然比Y系高溫超導帶材高30%，價格卻更低。但是Bi系高溫超導帶材的缺點是在垂直于帶材表面磁場作用下臨界電流密度退降很大，在IOOOGs外部垂直場下，Bi系高溫超導帶材的臨界電流退降70%，而Y系高溫超導帶材僅退降20% ;同時，在平行于帶材表面磁場作用下二者臨界電流退降都比較小，在IOOOGs外部平行場下，二者臨界電流退降都小于10%。對于應用于超導變壓器、電抗器和儲能磁體等超導電力裝置中的超導繞組而言，繞組端部垂直于超導帶材表面的磁場很強，而繞組中部則主要為平行于超導帶材表面的磁場；另外，對于多線圈并聯的結構，繞組端部的線圈會流過更多的電流。由于上述兩個原因，采用單一種類和規格的超導帶材，繞組的通流能力將受端部線圈的制約。因此，對于超導電抗器和超導變壓器等交流超導電力裝置，需要考慮上述兩個因素來進行超導帶材選擇和繞組設計。低溫杜瓦筒和低溫杜瓦上蓋板可采用無磁不銹鋼或玻璃鋼材料制作，為了降低低溫杜瓦的漏熱損耗，低溫杜瓦筒采用真空夾層保溫；線圈骨架、線圈上支撐板、線圈下支撐板采用在低溫下絕緣性能優良的高強度玻璃鋼材料制作。所述的組合繞組除了可以應用于超導交流電抗器外，也可應用于超導儲能磁體、 超導強場磁體等直流超導繞組。應用于直流場合下，僅僅需要考慮繞組端部徑向磁場一個影響因素來進行超導帶材選擇和繞組設計。本專利技術超導組合式繞組結構不僅可應用于制作超導電抗器、超導儲能裝置等單一繞組的超導電力裝置，也可應用于制作超導變壓器等多繞組裝置。超`導變壓器的高壓繞組和低壓繞組可分別采用多層圓筒式結構和雙餅結構。本專利技術具有以下優點1.本專利技術超導組合線圈可充分利用不同規格Bi系高溫超導帶材自場臨界電流高、Y系超導帶材在外施垂直場下臨界電流退降少等特性，使超導繞組的性價比提高；2.本專利技術超導組合繞組結構可用于繞制各種交流和直流繞組，應用于超導電抗器、超導變壓器、超導儲能磁體和超導強場很多領域。以下結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步說明。附圖說明圖1為實施例1由Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的超導餅式組合繞組不意圖；圖2為實施例2由Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的超導圓筒式組合繞組示意圖；圖3為實施例3由Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的超導變壓器組合繞組示意圖；圖4為實施例4另一種由Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的超導變壓器組合繞組 示意圖。具體實施例方式下面通過實施例對本專利技術作進一步詳細說明。實施例1為應用Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的采用多個雙餅線圈并聯的組合 繞組結構，可應用于超導電抗器、超導儲能磁體和超導強場磁體等多個領域。如圖1所示， 該組合繞組結構由Bi系超導雙餅式線圈1、Y系超導雙餅式線圈2、線圈骨架3、線圈軸向間 隔層4、線圈上支撐板5、線圈下支撐板6、線圈緊固螺桿7、低溫杜瓦筒8、低溫杜瓦上蓋板9 和拉桿10構成。Bi系超導雙餅式線圈1和Y系超導雙餅式線圈2繞制在線圈骨架3外部， 雙餅式超導線圈之間由線圈軸向間隔層4分隔。線圈上支撐板5和線圈下支撐板6分別位 于超導繞組的上部和下部，通過線圈緊固螺桿7將超導繞組壓緊。由低溫杜瓦筒8和低溫 杜瓦上蓋板9組成低溫杜瓦。超導繞組安裝在低溫杜瓦的內部，由液氮直接蒸發冷卻或液 氮加制冷機冷卻。超導繞組通過拉桿10與低溫杜瓦上蓋板9安本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種應用Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的組合繞組，其特征在于：所述的組合繞組由Bi系超導線圈（1）、Y系超導線圈（2）、超導線圈骨架（3）、超導線圈軸向間隔層（4）、線圈上支撐板（5）、線圈下支撐板（6），以及線圈緊固螺桿（7）組成；Bi系超導線圈（1）和Y系超導線圈（2）繞制在超導線圈骨架（3）外部；Bi系超導線圈（1）位于組合繞組中部，Y系超導線圈（2）位于組合繞組端部；各Bi系超導線圈（1）和Y系超導線圈（2）之間采用超導線圈軸向間隔層（4）分隔；組合繞組安裝在低溫杜瓦筒（8）和低溫杜瓦上蓋板（9）組成的低溫杜瓦內部，由液氮直接蒸發冷卻或液氮加制冷機迫流循環冷卻。組合繞組通過拉桿（10）與低溫杜瓦上蓋板（9）安裝在一起。
【技術特征摘要】
1.一種應用Bi系和Y系高溫超導帶材繞制的組合繞組，其特征在于所述的組合繞組由Bi系超導線圈(1)、Y系超導線圈(2)、超導線圈骨架(3)、超導線圈軸向間隔層(4)、線圈上支撐板(5)、線圈下支撐板(6)，以及線圈緊固螺桿(7)組成；Bi系超導線圈(I)和Y系超導線圈(2)繞制在超導線圈骨架(3)外部；Bi系超導線圈(I)位于組合繞組中部，Y系超導線圈(2)位于組合繞組端部；各Bi系超導線圈(I)和Y系超導線圈(2)之間采用超導線圈軸向間隔層(4)分隔；組合繞組安裝在低溫杜瓦筒(8)和低溫杜瓦上蓋板(9)組成的低溫杜瓦內部，由液氮直接蒸發冷卻或液氮加制冷機迫流循環冷卻。組合繞組通過拉桿(10)與低溫杜瓦上蓋板(9)安裝在一起。2.如權利要求1所述的組合繞組，其特征在于所述的Bi系超導線圈(I)為采用Bi系高溫超導帶材繞制的雙餅或多層圓筒式結構；所述的Y系超導雙餅線圈(2)采用Y系高溫超導帶材繞制的雙餅或多層圓筒式結構。3.如權利要求1所述的組合繞組，其特征在于所述的線圈骨架(2)、線圈上支撐板(3)、線圈下支撐板(4)采用玻璃鋼材料制作；低溫杜瓦筒(8)和低溫杜瓦上蓋板(9)在應用于直流磁體時采用無磁不銹鋼或玻璃鋼材料制作，在應用于交流磁體時采用玻璃鋼材料制作。4.如權利要求1所述的組合繞組，其特征在于所述的組合繞組應用于制作大電流...
【專利技術屬性】
技術研發人員：邱清泉，戴少濤，張志豐，張京業，肖立業，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：
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