二代高温超导带材与线圈的交流损耗与失超传播特性研究

超导技术的应用取决于超导材料的特性。近年来，高温超导带材制备技术的突破,加速了高温超导实用化进程。高温超导的实际应用将带来巨大经济技术效益。由于超导线圈是超导装置如变压器、电机等的核心部件。对超导线圈的研究，是超导应用研究的重要方面和基础工作，故对高温超导带材与线圈的研究具有重要的意义。在交流应用中，超导体的损耗和失超传播特性是不可回避的重要问题。为确保超导装置的稳定安全运行，必须清楚超导体的交流损耗与失超传播情况。目前，关于二代高温超导体在传输交流电流情况下的失超传播速度及最小失超能量等特性的研究刚刚涉猎，而对其在磁场及应力/应变情况下的最小失超能量等特性的研究尚未开展。本项目将设计并研制高温超导线圈模拟装置；并利用此装置，探讨二代高温超导带材在线圈环境下的交流损耗与交、直流失超传播特性，为高温超导线圈的设计与超导装置的失超保护、带材制备的结构方案与优化提供准确可靠的技术参数与技术指导。

本项目开展了二代高温超导带材的交流损耗与失超传播特性研究，建立了高温超导带材的交流损耗与失超传播特性测量系统，获得了高温超导带材的交流损耗与失超传播特性的规律。主要研究工作与成果包括：.（1）设计并研制了能模拟超导带材在线圈中所处的热传导环境（冷却环境）、电磁环境、与应力环境的线圈模拟装置，解决了采用实际高温超导线圈测量带来的造价高、难以更换样品及难以重复测量的问题；建立了超导带（线）材的变温特性测量系统、机械疲劳特性测试系统、和多场环境测量系统，为研究各种环境下高温超导带材的物理特性提供了实验保障。.（2）利用所建立测量系统，对高温超导带材的临界电流、交流损耗与失超传播特性进行了系统的实验与理论研究，获得了高温超导带材的交流损耗与失超传播特性的规律：（A）高温超导带材的最小失超能量随归一化传输电流的增大而减少；交流最小失超能量略小于直流最小失超能量；交流最小失超能量的频率依赖非常微弱。（B）失超传播速度随传输电流的增大而增大；失超传播速度与传输电流的频率基本无关；通过对低温超导失超传播速度计算模型的改进，给出了高温超导带材失超传播速度的计算模型。（C）在模拟线圈环境下, 压应力对高温超导带材的临界电流、交流损耗与失超传播速度的影响很小，但压力可以引起导热环境的改变，从而导致最小失超能量的变化。（D）磁场的存在可引起临界电流的降低、交流损耗的增加、最小失超能量的降低与失超传播速度的增大。.（3）通过对超导带材在不同温度下的交流损耗实验数据的分析，发现了交流损耗因子符合标度规律，进而建立了利用超导体的临界参数或任一温度下的损耗因子，计算任意温度下交流损耗的理论计算模型与半经验公式，从而为不同温度下交流损耗的计算提供理论依据。.（4）研究了外加直流磁场对铁磁基底二代带材交流损耗的影响，给出了磁场对交流损耗的影响规律：二代铁磁基底带材的交流损耗随外加磁场的增大而减小，达到最小值后，又随磁场的增大而增大；传输电流越小，使得交流损耗达到最小值的磁场越小；撤去磁场后的交流损耗与撤去磁场前的传输电流及所加外磁场有关。.（5）研究了振动情况下交流损耗的测量方法及振动对损耗的影响，指出了振动条件下超导带材交流损耗的测量应该采用电势引线沿带材中心布局的方法；得出了只在共振状态下，振动对交流损耗才有明显影响的结论。.（6）另外，还初步开展了高温超导带材机械疲劳特性的研究工作。