CN103578741A

CN103578741A - 一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法

Info

Publication number: CN103578741A
Application number: CN201310533674.3A
Authority: CN
Inventors: 戴婧姝; 王银顺; 张立永; 庄喻韬; 袁卿瑞
Original assignee: Fortis Group (tianjin) Superconductor Technology Application Co Ltd; North China Electric Power University
Current assignee: Fortis Group (tianjin) Superconductor Technology Application Co Ltd; North China Electric Power University
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN103578741B

Abstract

本发明属于超导电工应用领域，特别涉及一种并联超导带材绕制螺管线圈的换位方法。所述超导带材的数目至少为两根，该换位方法包括以下步骤：步骤1：两根超导带材上下重叠后，沿线圈骨架的轴向一侧顶端缠绕；步骤2：当缠绕到线圈骨架轴向高度的1/4位置处时，第一次换位；步骤3：两根超导带材再次上下重叠后，沿线圈骨架的轴向继续向后缠绕；步骤4：当缠绕到线圈骨架轴向高度的3/4位置处时，第二次换位；步骤5：两根超导带材再次上下重叠后，在完成的缠绕层上再缠绕一层绝缘材料；步骤6：判断超导带材缠绕层数目是否与设定值相等，若不等，重复步骤1-5，否则，停止缠绕。本发明有利于提高超导线圈的容量，增强超导线圈的稳定性。

Description

一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法

技术领域

本发明属于超导电工应用领域，特别涉及一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法。

背景技术

超导强电方面的应用是超导技术应用中非常重要的一个方面，而超导线圈作为强电应用的关键技术，是很多超导电力设备的核心部件，例如超导磁体、超导发电机、超导电动机、超导变压器、超导限流器等等。

一般，高温超导线圈有两种绕制方式：螺管式线圈和双饼式线圈。双饼式线圈由于需要两个单饼焊接串联，所以接触电阻在所难免。超导线圈通过的电流很大，损耗与电流的平方成正比，接触电阻将导致线圈产生较大的损耗。而螺管线圈内部不需要焊接，没有接触电阻，损耗较小，经济性好。

由于单根带材载流能力有限，不能满足大容量电力设备的要求，当线圈中的电流较大时，需采用多根并联超导带材绕制线圈。当线圈中通入交流电，或者通直流电在励磁和退磁时，并联带材中很容易因磁耦合不平衡而产生环流。此外，如果并联带材不换位，因为所处磁场环境不同同样容易引起环流。由于超导带材的低阻抗特性，当带材并联而不换位时，各带材中感应出的漏电势所引起的环流相当大。在并联的带材中，有可能造成一部分带材的环流使其载流为负值，一部分带材中的环流使其载流超过临界值而失超，还有一部分带材几乎没有载流。在线圈运行时希望电流均匀分布在并联超导带材中，达到电感平衡，因此必须对并联带材进行换位。

高温超导材料是氧化物陶瓷，与普通带材相比，高温超导带材很脆，机械特性差，过度的弯曲和扭转都将严重损坏带材的各项电磁性能。此外，超导带材宽厚比大，一般大于20，也给带材换位造成困难。在绕制螺管线圈时，从工艺上而言，超导带材不能像常规导体一样换位，而目前并没有很好的适用于超导带材的换位方法。

此外，实现超导带材换位对于高低温超导体复合绕制线圈也具有实际意义。超导体包括高温超导体和低温超导体。由于低温超导材料价格便宜，目前实用的超导磁体仍以低温超导磁体为主。但是由于低温超导体转变温度窄、n值高、工作温区小、热导高、失超传播速度快，最小失超能小，使得传统的低温超导磁体在很小的机械、温度等扰动下会迅速地从超导态转变为正常态。而高温超导体转变温度很宽、n值低、工作温区大、热导低、失超传播速度慢，最小失超能大，使得高温超导磁体抗机械、温度等干扰能力强。采用高低温超导带材复合绕制线圈，可以结合两者的优势，使超导磁体（尤其磁场高于10T的超导磁体）能够比纯粹的低温超导磁体和高温超导磁体运行更稳定，效率更高、更安全。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所述的并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位问题，并实现完全换位，起到电感平衡和均流的效果，提出了一种并联超导带材螺管线圈绕制的换位方法。

一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法，该换位方法包括以下步骤：

步骤1：两根超导带材上下重叠后，沿线圈骨架的轴向一侧顶端开始按设定角度无缝均匀缠绕；

步骤2：当两根超导带材缠绕到线圈骨架轴向高度的1/4位置处时，将位于上层的超导带材直接跨接到下一圈缠绕位置，位于下层的超导带材顺序多绕一圈，置于另一根超导带材的上层，实现两根超导带材的第一次换位；

步骤3：两根超导带材完成第一次换位后，两根超导带材再次上下重叠，沿线圈骨架的轴向继续向后缠绕；

步骤4：当缠绕到线圈骨架轴向高度的3/4位置处时，将位于上层的超导带材直接跨接到下一圈缠绕位置，位于下层的超导带材多绕一圈，置于另一根超导带材的上层，实现两根超导带材的第二次换位；

步骤5：两根超导带材完成第二次换位后，两根超导带材再次上下重叠，沿线圈骨架的轴向缠绕到另一侧顶端，完成一个缠绕层的缠绕，在完成的缠绕层上再缠绕一层绝缘材料；

步骤6：判断超导带材缠绕层数目是否与设定值相等，若不等，重复步骤1-5，否则，停止缠绕，完成一种并联两根超导带材螺管线圈绕制。

所述线圈骨架为螺管线圈。

所述两根超导带材均为高温超导带材。

所述两根超导带材一根为低温超导带材，另一根为高温超导带材。

本发明的有益效果：本发明提供了一种并联超导带材螺管线圈绕制的换位方法，并能实现完全换位，起到电感平衡和均流的效果，有利于提高超导线圈的容量，增强超导线圈的稳定性。可应用于超导线圈以及以超导线圈作为核心部件的超导磁体、超导发电机、超导电动机、超导变压器、超导限流器等超导电力设备。

附图说明

图1为本发明实施例的并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法；

（a）缠绕层数目为一时，两根超导带材第一次换位示意图；

（b）缠绕层数目为一时，两根超导带材第二次换位示意图；

（c）缠绕层数目为一时，两根超导带材在该层绕制完成示意图；

图2为本发明绕制的螺管线圈剖面示意图；

图中，11-超导带材1，12-超导带材2，13-线圈骨架，21-绝缘材料。

具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明作进一步说明。

当带材并联绕制线圈时，如果不进行换位，由于所处的磁场不同，位于外侧的带材的电感小于位于内侧的带材，即有L_外<L_内。

由于在超导带材中，可以认为运行时带材电阻：R≈0；

带材电抗：X=ωL；

带材总的阻抗Z=R+jX≈jωL；

带材电流

I = \frac{V}{jωL};

则位于外侧的带材的电流大于内侧的带材，即I_外>I_内；

可以看出，如果不换位，并联带材电流分布不均，将导致外部电感小，电流大，当外部带材载流超过临界电流时，将导致外部带材失超甚至烧毁，全部电流转移到内部带材，再导致内部带材过流，进而失超烧毁。

对带材进行换位后，带材的长度以及所处的磁场相同，L_外=L_内，从而使得I_外=I_内，实现均流的效果。同时通过换位的方法避免了焊接，也就避免了接触电阻的出现，降低了损耗。

图1(a)为缠绕层数目为一时，两根超导带材第一次换位示意图，并联两根带材按照设定的角度均匀缠绕线圈骨架，第一次换位前，超导带材1位于上层，超导带材2位于下层。当到线圈骨架轴向高度的1/4位置处时，进行第一次换位。换位时，位于上层的超导带材1不继续顺序缠绕，而是直接跨接到下一圈缠绕的位置，超导带材2沿线圈骨架轴向顺序缠绕，比超导带材1多绕一圈后即压在了超导带材1的上面，然后两根超导带材继续向后绕制，从而实现了第一次换位。由于超导线圈的直径较大，较超导带材的宽度相差很多，缠绕角度很小，直接向下一个位置跨接对超导带材的扭转非常小。超导带材2多绕一圈时，这样的换位方式可以避免普通换位方式对超导带材的过度的弯折和扭转，防止对超导带材的机械特性的破坏，使得绕制的螺管线圈更加稳定。第一次换位后，超导带材2位于上层，带材1位于超导带材下层。

图1(b)缠绕层数目为一时，两根超导带材第二次换位示意图；第二次换位前，超导带材2位于上层，超导带材1位于下层。当绕至线圈骨架轴向高度3/4处时，进行第二次换位，换位方法与第一次换位相同。第二次换位后，超导带材1位于上层，超导带材2位于下层。

图1(c)缠绕层数目为一时，两根超导带材在该层绕制完成示意图；在线圈骨架的轴向高度的前1/4部分和后1/4部分，每层超导带材1均位于上层；在线圈骨架的轴向高度的中间1/2部分，每层超导带材2位于上层。

图2为绕制的螺管线圈剖面图。在螺管线圈绕制过程中，为了实现换位，两根超导带材均多绕一圈，所用并联超导带材的电感基本一致，环流很小。

本发明通过将位于下层的超导带材多绕一圈，置于上层，从而达到换位的目的，从而解决了利用常规的直接换位方法无法实现超导带材换位的问题，并实现完全换位，达到电感平衡和均流的效果，有利于提高超导线圈的容量，增强超导线圈的稳定性。

Claims

1.一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法，其特征在于，该换位方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法，其特征在于，所述线圈骨架为螺管线圈。

3.根据权利要求1所述一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法，其特征在于，所述两根超导带材均为高温超导带材。

4.根据权利要求1所述一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法，其特征在于，所述两根超导带材一根为低温超导带材，另一根为高温超导带材。