一种应用Bi系和Y系高温超导带材绕制的组合绕组，由Bi系超导线圈（1）、Y系超导线圈（2）、超导线圈骨架（3）、超导线圈轴向间隔层（4）、线圈上支撑板（5）、线圈下支撑板（6）、线圈紧固螺杆（7）组成。Bi系超导线圈（1）位于组合绕组中部，Y系超导线圈（2）位于组合绕组端部；组合绕组安装在低温杜瓦筒（8）和低温杜瓦上盖板（9）组成的低温杜瓦内部，由液氮直接蒸发冷却或液氮加制冷机迫流循环冷却。组合绕组通过拉杆（10）与低温杜瓦上盖板（9）安装在一起。本发明专利技术利用Bi系高温超导带材自场临界电流高和Y系高温超导带材在外场下临界电流退降小等特点，可用于制作交流绕组和直流绕组。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用Bi系和Y系两种不同类型超导带材绕制的超导磁体。
技术介绍
应用于电力系统中高温超导变压器、电抗器和储能磁体中的高温超导磁体需要具备承受高电压和大电流的能力。对于需承受大电流的高温超导磁体而言，由于难以采用多带并联的换位导线制作螺旋式绕组，通常需采用多个双饼绕组或者圆筒式绕组组成的并联结构。应用于交流场合，采用多个绕组并联的方式，由于各个绕组所处磁场的位置不同，各绕组之间的自感和互感存在差异，从而导致各绕组的电流分配也存在差异；同时，对于超导绕组，在绕组中部的磁场轴向分量很大，而在绕组端部磁场的径向分量很大。为了解决多个绕组电流分配不均匀的问题，采用绕组间换位是一种方式，但是绕组间的换位常常不是完全换位，环流仍然不可避免存在。另外，绕组间换位通常需要采用普通导线，不仅增加了损耗，而且为高压绝缘的处理带来很多困难。考虑到当前的高温超导带材有很多种类和规格，特别是Y系超导带材，由于采用镀膜方式制作，理论上带材的宽度可以制作为任意规格。利用不同规格的Bi系和Y系高温超导带材绕制双饼绕组和圆筒式绕组，可以解决多个并联绕组电流分布不均的问题。采用不同种类超导带材绕制超导绕组在强磁场低温超导磁体领域有所应用。中国专利技术专利200910080590. 2提出了一种内插YBCO高温超导线圈的低温超导磁体系统。为了提高NbTi和Nb3Sn组合形成的低温超导线圈的中心磁场，该专利将YBCO高温超导线圈插入由NbTi和Nb3Sn组成的外围超导线圈的内孔中。内插YBCO型高温超导线圈和外围低温超导线圈均放置在充有液氦的低温容器中。该超导磁体应用NbT1、Nb3Sn低温超导线材和 YBCO高温超导带材绕制组合绕组，Y系超导线圈位于低温超导线圈内部，运行于液氦环境下，应用于强磁场领域。该专利专利技术的组合磁体系统具有较多的匝数和较大的电感，但运行电压和电流都相对较小，因此无法应用于超导电力领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有高温超导绕组采用单一 Bi系或Y系超导带材绕制，由于各线圈的自感和互感不同，且绕组端部和中部磁场不同，而使超导带材的载流能力未能被充分利用等缺点，提出了一种同时采用不同规格Bi系和Y系超导带材绕制高温超导绕组的方案。本专利技术将利用不同规格的Bi系和Y系高温超导带材绕制双饼结构绕组和圆筒式绕组，从而解决多个串并联绕组电流分配不均的问题。本专利技术技术方案如下本专利技术应用不同类型超导带材绕制的组合绕组由Bi系超导线圈、Y系超导线圈、 超导线圈骨架、超导线圈轴向间隔层、线圈上支撑板、线圈下支撑板，以及线圈紧固螺杆组成。Bi系超导线圈位于组合绕组中部，Y系超导线圈位于组合绕组端部；各Bi系超导线圈和Y系超导线圈轴向采用超导线圈轴向之间由线圈轴向间隔层分隔，以散热和绝缘。组合绕组安装在低温杜瓦筒和低温杜瓦上盖板组成的低温杜瓦内部，由液氮直接蒸发冷却或液氮加制冷机迫流循环冷却。超导绕组通过拉杆与低温杜瓦上盖板安装在一起。本专利技术应用 Bi系高温超导带材和Y系高温超导带材绕制的组合绕组采用了由多个Bi系超导线圈和多个Y系超导线圈并联组成的结构，Bi系超导线圈和Y系超导线圈均绕制在超导线圈骨架外部，线圈上支撑板和线圈下支撑板分别位于超导线圈的上部和下部，通过线圈紧固螺杆将超导线圈压紧。组合绕组中Bi系超导线圈和Y系超导线圈均为一种或多种规格超导带材绕制成的双饼结构或多层圆筒式结构。目前Bi系和Y系高温超导带材已实现了较大规模的产业化，其单根长度已达数百米，Bi系高温超导带材的临界电流密度Jc可达150-200A/mm2 (77K，自场)，Y系高温超导带材的临界电流密度Jc可达100-150A/mm2(77K，自场)。Bi系高温超导带材宽度有3mm和4mm两种；而Y系高温超导带材的宽度主要有3mm、4mm、6mm、IOmm 和12mm三种。当然超导带材的宽度从理论上可以根据需求做定制设计。从当前生产工艺来看，Bi系高温超导带材的自场临界电流密度仍然比Y系高温超导带材高30%，价格却更低。但是Bi系高温超导带材的缺点是在垂直于带材表面磁场作用下临界电流密度退降很大，在IOOOGs外部垂直场下，Bi系高温超导带材的临界电流退降70%，而Y系高温超导带材仅退降20% ;同时，在平行于带材表面磁场作用下二者临界电流退降都比较小，在IOOOGs外部平行场下，二者临界电流退降都小于10%。对于应用于超导变压器、电抗器和储能磁体等超导电力装置中的超导绕组而言，绕组端部垂直于超导带材表面的磁场很强，而绕组中部则主要为平行于超导带材表面的磁场；另外，对于多线圈并联的结构，绕组端部的线圈会流过更多的电流。由于上述两个原因，采用单一种类和规格的超导带材，绕组的通流能力将受端部线圈的制约。因此，对于超导电抗器和超导变压器等交流超导电力装置，需要考虑上述两个因素来进行超导带材选择和绕组设计。低温杜瓦筒和低温杜瓦上盖板可采用无磁不锈钢或玻璃钢材料制作，为了降低低温杜瓦的漏热损耗，低温杜瓦筒采用真空夹层保温；线圈骨架、线圈上支撑板、线圈下支撑板采用在低温下绝缘性能优良的高强度玻璃钢材料制作。所述的组合绕组除了可以应用于超导交流电抗器外，也可应用于超导储能磁体、 超导强场磁体等直流超导绕组。应用于直流场合下，仅仅需要考虑绕组端部径向磁场一个影响因素来进行超导带材选择和绕组设计。本专利技术超导组合式绕组结构不仅可应用于制作超导电抗器、超导储能装置等单一绕组的超导电力装置，也可应用于制作超导变压器等多绕组装置。超`导变压器的高压绕组和低压绕组可分别采用多层圆筒式结构和双饼结构。本专利技术具有以下优点1.本专利技术超导组合线圈可充分利用不同规格Bi系高温超导带材自场临界电流高、Y系超导带材在外施垂直场下临界电流退降少等特性，使超导绕组的性价比提高；2.本专利技术超导组合绕组结构可用于绕制各种交流和直流绕组，应用于超导电抗器、超导变压器、超导储能磁体和超导强场很多领域。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为实施例1由Bi系和Y系高温超导带材绕制的超导饼式组合绕组不意图；图2为实施例2由Bi系和Y系高温超导带材绕制的超导圆筒式组合绕组示意图；图3为实施例3由Bi系和Y系高温超导带材绕制的超导变压器组合绕组示意图；图4为实施例4另一种由Bi系和Y系高温超导带材绕制的超导变压器组合绕组 示意图。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1为应用Bi系和Y系高温超导带材绕制的采用多个双饼线圈并联的组合 绕组结构，可应用于超导电抗器、超导储能磁体和超导强场磁体等多个领域。如图1所示， 该组合绕组结构由Bi系超导双饼式线圈1、Y系超导双饼式线圈2、线圈骨架3、线圈轴向间 隔层4、线圈上支撑板5、线圈下支撑板6、线圈紧固螺杆7、低温杜瓦筒8、低温杜瓦上盖板9 和拉杆10构成。Bi系超导双饼式线圈1和Y系超导双饼式线圈2绕制在线圈骨架3外部， 双饼式超导线圈之间由线圈轴向间隔层4分隔。线圈上支撑板5和线圈下支撑板6分别位 于超导绕组的上部和下部，通过线圈紧固螺杆7将超导绕组压紧。由低温杜瓦筒8和低温 杜瓦上盖板9组成低温杜瓦。超导绕组安装在低温杜瓦的内部，由液氮直接蒸发冷却或液 氮加制冷机冷却。超导绕组通过拉杆10与低温杜瓦上盖板9安本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用Bi系和Y系高温超导带材绕制的组合绕组，其特征在于：所述的组合绕组由Bi系超导线圈（1）、Y系超导线圈（2）、超导线圈骨架（3）、超导线圈轴向间隔层（4）、线圈上支撑板（5）、线圈下支撑板（6），以及线圈紧固螺杆（7）组成；Bi系超导线圈（1）和Y系超导线圈（2）绕制在超导线圈骨架（3）外部；Bi系超导线圈（1）位于组合绕组中部，Y系超导线圈（2）位于组合绕组端部；各Bi系超导线圈（1）和Y系超导线圈（2）之间采用超导线圈轴向间隔层（4）分隔；组合绕组安装在低温杜瓦筒（8）和低温杜瓦上盖板（9）组成的低温杜瓦内部，由液氮直接蒸发冷却或液氮加制冷机迫流循环冷却。组合绕组通过拉杆（10）与低温杜瓦上盖板（9）安装在一起。
【技术特征摘要】
1.一种应用Bi系和Y系高温超导带材绕制的组合绕组，其特征在于所述的组合绕组由Bi系超导线圈(1)、Y系超导线圈(2)、超导线圈骨架(3)、超导线圈轴向间隔层(4)、线圈上支撑板(5)、线圈下支撑板(6)，以及线圈紧固螺杆(7)组成；Bi系超导线圈(I)和Y系超导线圈(2)绕制在超导线圈骨架(3)外部；Bi系超导线圈(I)位于组合绕组中部，Y系超导线圈(2)位于组合绕组端部；各Bi系超导线圈(I)和Y系超导线圈(2)之间采用超导线圈轴向间隔层(4)分隔；组合绕组安装在低温杜瓦筒(8)和低温杜瓦上盖板(9)组成的低温杜瓦内部，由液氮直接蒸发冷却或液氮加制冷机迫流循环冷却。组合绕组通过拉杆(10)与低温杜瓦上盖板(9)安装在一起。2.如权利要求1所述的组合绕组，其特征在于所述的Bi系超导线圈(I)为采用Bi系高温超导带材绕制的双饼或多层圆筒式结构；所述的Y系超导双饼线圈(2)采用Y系高温超导带材绕制的双饼或多层圆筒式结构。3.如权利要求1所述的组合绕组，其特征在于所述的线圈骨架(2)、线圈上支撑板(3)、线圈下支撑板(4)采用玻璃钢材料制作；低温杜瓦筒(8)和低温杜瓦上盖板(9)在应用于直流磁体时采用无磁不锈钢或玻璃钢材料制作，在应用于交流磁体时采用玻璃钢材料制作。4.如权利要求1所述的组合绕组，其特征在于所述的组合绕组应用于制作大电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱清泉，戴少涛，张志丰，张京业，肖立业，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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