50kA超导变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种50kA超导变压器，包括有初级线圈骨架、次级线圈骨架，两个骨架构成同轴双骨架结构，初级线圈、次级线圈分别绕制在初级线圈骨架、次级线圈骨架，初级线圈在内、次级线圈在外，两个线圈构成同轴螺旋管磁体结构；所述初级线圈通过一对高温超导电流引线与外部直流电源连接，次级线圈向下伸出两引脚接入超导变压器终端接头盒；还包括有超导变压器杜瓦，超导变压器杜瓦为初级线圈和次级线圈提供真空绝热环境。本发明专利技术的初级线圈最大电流150A，次级线圈电流达50kA，电流放大系数大于333；本发明专利技术具有电流大、电流放大系数大、超导变压器终端接头盒接触电阻小、电流时间常数大、漏热小、运行安全等特点。

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..

【技术实现步骤摘要】
50kA超导变压器
：本专利技术主要涉及超导应用领域，具体涉及一种50kA超导变压器。
技术介绍
：与传统常规变压器相比，超导变压器具有体积小、重量轻、损耗小、漏磁小、输出电流大、无火灾隐患及不污染环境等特点。与使用直流电源供电的系统相比，超导变压器的成本较低，且所需的电流引线承载能力要小很多，从而减少了电流引线的设计制造成本。用超导变压器作为超导装置与常规电力系统的接口设备，通过电磁耦合而不是直接接触连接不同温度的装置，可以降低漏热。为了对ITER校正场线圈用超导导体性能进行测试，我们建立了一个超导导体测试装置，测试装置包括背场磁体、可变温样品杜瓦、超导变压器、低温系统、磁体电源、数据采集系统、失超探测及失超保护系统。其中超导变压器次级线圈电流大于50kA，用于给待测导体样品供电。
技术实现思路
：本专利技术的目的是给超导导体提供大电流，进行超导导体实验研究，本专利技术提供一种电流放大系数大、接触电阻小、电流时间常数大、漏热小、运行安全的50kA超导变压器。本专利技术是通过以下技术方案实现的：50kA超导变压器，其特征在于：包括有初级线圈骨架、次级线圈骨架，两个骨架构成同轴双骨架结构，初级线圈、次级线圈分别绕制在初级线圈骨架、次级线圈骨架，初级线圈在内、次级线圈在外，两个线圈构成同轴螺旋管磁体结构；所述初级线圈通过一对高温超导电流引线与外部直流电源连接，次级线圈向下伸出两引脚接入超导变压器终端接头盒；还包括有超导变压器杜瓦，超导变压器杜瓦为初级线圈和次级线圈提供真空绝热环境。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述初级线圈采用两根超导股线绕制，共15层，2942匝；所述次级线圈采用单层CICC超导导体绕制，共4匝。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述初级线圈采用液氦浸泡冷却，次级线圈采用超临界氦迫流冷却。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述超导变压器杜瓦包括有液氮冷屏，所述液氮冷屏罩设在整个超导变压器的外部，液氮冷屏内还设有变压器浸泡氦槽、液氦储槽、液氮储槽、热截流铜法兰，液氮冷屏外还设有多层绝热辐射屏，初级线圈骨架、次级线圈骨架置于变压器浸泡氦槽中，变压器浸泡氦槽中设有氦液位计，所述高温超导电流引线上部穿过液氮冷屏、多层绝热辐射屏顶部并套设有电流引线上部套管，高温超导电流引线下部套设有波纹管并与初级线圈连接，高温超导电流引线上位于波纹管下方设有热截流铜法兰，热截流铜法兰外设有液氮储槽，高温超导电流引线与初级线圈的连接处设有液氦储槽，液氮冷屏顶部贯穿设有液氦输液管、液氮输液管、氦气回气管、氮气回气管。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述液氦储槽、变压器浸泡氦槽外分别设有多层绝热层。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述多层绝热辐射屏的侧壁上设有真空抽口、安全阀一、中部加强圈、下部加强筋。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述电流引线上部套管上设有安全阀二、测量引线接头。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述次级线圈的两引脚上分别设有一个罗柯线圈。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述次级线圈的两引脚穿过变压器下法兰后再与超导变压器终端接头盒连接。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述初级线圈带有失超探测及失超保护系统，用于确保超导变压器安全运行。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述高温超导电流引线由高温超导引线和常规铜引线组成,高温超导材料选择Bi-2223/AgAu(0.25×4mm)带材，并嵌在不锈钢支撑管表面。所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述高温超导电流引线与热截流铜法兰之间垫氮化铝陶瓷材料，从而同时实现电绝缘及高热传导。高温超导电流引线设有热截流装置，热截流装置通过液氮对流冷却，并通过热传导将截点温度控制在77k左右。高温超导电流引线底端浸泡在液氦中，整个电流引线有氦气冷却。液氦储槽主要起储存、补充液氦的作用，保证初级线圈的长时间安全、稳定运行。液氮储槽除为液氮冷屏提供冷量，冷却电流引线热截流装置外，还被用做测量引线和输液管的热沉。所述液氮冷屏由紫铜制作，外面包覆60-80层绝热辐射屏，多层绝热由双面镀铝薄膜和纤维织网组成，层密度小，反射率高可以有效地遏制热辐射。超导变压器终端接头盒采用单室搭接接头形式，铜与不锈钢的连接采用真空钎焊，埋入接头盒的超导电缆采用预压灌锡的方法。初级线圈由两根超导股线绕制而成，中间抽头作为失超探测的信号线使用。初级线圈采用平衡桥路失超探测方法和释能电阻失超保护方法。在需要使用此超导变压器时，只需在待测样品端部制作相匹配的接头盒。本专利技术能提供的电流大于50kA，能够满足各种超导导体的测试需求。本专利技术的优点是：本专利技术具有电流大、电流放大系数大、超导变压器终端接头盒接触电阻小、电流时间常数大、漏热小、运行安全等特点。此超导变压器超导变压器终端接头盒采用单室搭接接头形式，此接头形式具有拆卸方便、可重复使用、冷却效果好、交流损耗小、接触电阻小等优点。在需要使用此超导变压器时，只需在待测样品端部制作相匹配的接头盒即可，从而大大节省了实验时间、成本，提高了测量结果的可靠性。附图说明：图1为本专利技术的结构示意图。图中：1-高温超导电流引线2-安全阀二3-测量引线接头4-电流引线上部套管5-液氦输液管6-氦气回气管7-液氮输液管8-氮气回气管9-波纹管10-真空抽口11-热截流铜法兰12-多层绝热辐射屏13-液氮储槽14-液氮冷屏15-液氦储槽16-安全阀一17-超导变压器18、19-多层绝热20-中部加强圈21-变压器下法兰22-氦液位计23-加强筋24-超导变压器终端接头盒25-次级线圈26-次级线圈骨架27-初级线圈骨架28-变压器浸泡氦槽29-初级线圈30-罗柯线圈具体实施方式：如图1所示。50kA超导变压器，包括有初级线圈骨架27、次级线圈骨架26，两个骨架构成同轴双骨架结构，初级线圈29、次级线圈25分别绕制在初级线圈骨架27、次级线圈骨架26，初级线圈29在内、次级线圈25在外，两个线圈构成同轴螺旋管磁体结构；初级线圈29通过一对高温超导电流引线1与外部直流电源连接，次级线圈25向下伸出两引脚接入超导变压器终端接头盒24；还包括有超导变压器杜瓦，超导变压器杜瓦为初级线圈29和次级线圈25提供真空绝热环境。初级线圈29采用两根超导股线绕制，共15层，2942匝；次级线圈25采用单层CICC超导导体绕制，共4匝。初级线圈29与初级线圈骨架27间垫有两层聚酰亚胺薄膜，骨架两个法兰内侧也分别嵌套3mm厚的环氧，在初级线圈29最外层用玻璃丝纤维半叠包缠绕1.5mm厚度，经过VPI工艺(真空压力浸渍)形成初级线圈29的绝缘结构。次级线圈25的绝缘结构是通过在导体外层缠绕4层共1-2mm厚玻璃丝纤维半叠包带，然后绕制在3mm厚的无磁不锈钢骨架26上，最后整体线圈经VPI工艺固化形成的。初级线圈29采用液氦浸泡冷却，次级线圈25采用超临界氦迫流冷却。超导变压器杜瓦包括有液氮冷屏14，所述液氮冷屏14罩设在整个超导变压器17的外部，液氮冷屏14内还设有变压器浸泡氦槽28、液氦储槽15、液氮储槽13、热截流铜法兰11，液氮冷屏14外还设有多层绝热辐射屏12，初级线圈骨架27、次级线圈骨架26置于变压器浸泡氦槽28中，变压器浸泡氦槽28中设有本文档来自技高网...

【技术保护点】
50kA超导变压器，其特征在于：包括有初级线圈骨架、次级线圈骨架，两个骨架构成同轴双骨架结构，初级线圈、次级线圈分别绕制在初级线圈骨架、次级线圈骨架，初级线圈在内、次级线圈在外，两个线圈构成同轴螺旋管磁体结构；所述初级线圈通过一对高温超导电流引线与外部直流电源连接，次级线圈向下伸出两引脚接入超导变压器终端接头盒；还包括有超导变压器杜瓦，超导变压器杜瓦为初级线圈和次级线圈提供真空绝热环境。

【技术特征摘要】
1.50kA超导变压器，其特征在于：包括有初级线圈骨架、次级线圈骨架，两个骨架构成同轴双骨架结构，初级线圈、次级线圈分别绕制在初级线圈骨架、次级线圈骨架，初级线圈在内、次级线圈在外，两个线圈构成同轴螺旋管磁体结构；所述初级线圈通过一对高温超导电流引线与外部直流电源连接，次级线圈向下伸出两引脚接入超导变压器终端接头盒；还包括有超导变压器杜瓦，超导变压器杜瓦为初级线圈和次级线圈提供真空绝热环境。2.根据权利要求1所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述初级线圈采用两根超导股线绕制，共15层，2942匝；所述次级线圈采用单层CICC超导导体绕制，共4匝。3.根据权利要求2所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述初级线圈采用液氦浸泡冷却，次级线圈采用超临界氦迫流冷却。4.根据权利要求1所述的50kA超导变压器，其特征在于：所述超导变压器杜瓦包括有液氮冷屏，所述液氮冷屏罩设在整个超导变压器的外部，液氮冷屏内还设有变压器浸泡氦槽、液氦储槽、液氮储槽、热截流铜法兰，液氮冷屏外还设有多层绝热辐射屏，初级线圈骨架、次级线圈骨架置于变压器浸泡氦槽中，变压器浸泡氦槽中设有氦液位计，所述高温超导电流引线上部穿过液氮冷屏、多层绝热辐射屏顶部并套设有电流引线上部套管，高温超导电流引线下部套设有波纹管并与初级线圈连接，高温超导电流引线上位于波纹管下方设有热截流铜法兰，热截流铜法...

【专利技术属性】
技术研发人员：施毅，刘华军，武玉，刘方，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34