一種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于超導(dǎo)電工應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)超導(dǎo)帶材繞制螺管線圈的換位方法。所述超導(dǎo)帶材的數(shù)目至少為兩根，該換位方法包括以下步驟：步驟1：兩根超導(dǎo)帶材上下重疊后，沿線圈骨架的軸向一側(cè)頂端纏繞；步驟2：當(dāng)纏繞到線圈骨架軸向高度的1/4位置處時(shí)，第一次換位；步驟3：兩根超導(dǎo)帶材再次上下重疊后，沿線圈骨架的軸向繼續(xù)向后纏繞；步驟4：當(dāng)纏繞到線圈骨架軸向高度的3/4位置處時(shí)，第二次換位；步驟5：兩根超導(dǎo)帶材再次上下重疊后，在完成的纏繞層上再纏繞一層絕緣材料；步驟6：判斷超導(dǎo)帶材纏繞層數(shù)目是否與設(shè)定值相等，若不等，重復(fù)步驟1-5，否則，停止纏繞。本發(fā)明有利于提高超導(dǎo)線圈的容量，增強(qiáng)超導(dǎo)線圈的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超導(dǎo)電エ應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)強(qiáng)電方面的應(yīng)用是超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用中非常重要的ー個(gè)方面，而超導(dǎo)線圈作為強(qiáng)電應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，是很多超導(dǎo)電カ設(shè)備的核心部件，例如超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器等等。
[0003]一般，高溫超導(dǎo)線圈有兩種繞制方式:螺管式線圈和雙餅式線圈。雙餅式線圈由于需要兩個(gè)單餅焊接串聯(lián)，所以接觸電阻在所難免。超導(dǎo)線圈通過(guò)的電流很大，損耗與電流的平方成正比，接觸電阻將導(dǎo)致線圈產(chǎn)生較大的損耗。而螺管線圈內(nèi)部不需要焊接，沒(méi)有接觸電阻，損耗較小，經(jīng)濟(jì)性好。
[0004]由于單根帶材載流能力有限，不能滿足大容量電カ設(shè)備的要求，當(dāng)線圈中的電流較大時(shí)，需采用多根并聯(lián)超導(dǎo)帶材繞制線圏。當(dāng)線圈中通入交流電，或者通直流電在勵(lì)磁和退磁時(shí)，并聯(lián)帶材中很容易因磁耦合不平衡而產(chǎn)生環(huán)流。此外，如果并聯(lián)帶材不換位，因?yàn)樗幋艌?chǎng)環(huán)境不同同樣容易引起環(huán)流。由于超導(dǎo)帶材的低阻抗特性，當(dāng)帶材并聯(lián)而不換位時(shí)，各帶材中感應(yīng)出的漏電勢(shì)所引起的環(huán)流相當(dāng)大。在并聯(lián)的帶材中，有可能造成一部分帶材的環(huán)流使其載流為負(fù)值，一部分帶材中的環(huán)流使其載流超過(guò)臨界值而失超，還有一部分帶材幾乎沒(méi)有載流。在線圈運(yùn)行時(shí)希望電流均勻分布在并聯(lián)超導(dǎo)帶材中，達(dá)到電感平衡，因此必須對(duì)并聯(lián)帶材進(jìn)行換位。
[0005]高溫超導(dǎo)材料是氧化物陶瓷，與普通帶材相比，高溫超導(dǎo)帶材很脆，機(jī)械特性差，過(guò)度的彎曲和扭轉(zhuǎn)都將嚴(yán)重?fù)p壞帶材的各項(xiàng)電磁性能。此外，超導(dǎo)帶材寬厚比大，一般大于20，也給帶材換位造成困難。在繞制螺管線圈時(shí)，從エ藝上而言，超導(dǎo)帶材不能像常規(guī)導(dǎo)體ー樣換位，而目前并沒(méi)有很好的適用于超導(dǎo)帶材的換位方法。
[0006]此外，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)帶材換位對(duì)于高低溫超導(dǎo)體復(fù)合繞制線圈也具有實(shí)際意義。超導(dǎo)體包括高溫超導(dǎo)體和低溫超導(dǎo)體。由于低溫超導(dǎo)材料價(jià)格便宜，目前實(shí)用的超導(dǎo)磁體仍以低溫超導(dǎo)磁體為主。但是由于低溫超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度窄、n值高、工作溫區(qū)小、熱導(dǎo)高、失超傳播速度快，最小失超能小，使得傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)磁體在很小的機(jī)械、溫度等擾動(dòng)下會(huì)迅速地從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)。而高溫超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度很寬、n值低、工作溫區(qū)大、熱導(dǎo)低、失超傳播速度慢，最小失超能大，使得高溫超導(dǎo)磁體抗機(jī)械、溫度等干擾能力強(qiáng)。采用高低溫超導(dǎo)帶材復(fù)合繞制線圈，可以結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，使超導(dǎo)磁體(尤其磁場(chǎng)高于IOT的超導(dǎo)磁體)能夠比純粹的低溫超導(dǎo)磁體和高溫超導(dǎo)磁體運(yùn)行更穩(wěn)定，效率更高、更安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決【背景技術(shù)】中所述的并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)完全換位，起到電感平衡和均流的效果，提出了 一種并聯(lián)超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法。
[0008]一種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法，該換位方法包括以下步驟:
[0009]步驟1:兩根超導(dǎo)帶材上下重疊后，沿線圈骨架的軸向ー側(cè)頂端開(kāi)始按設(shè)定角度無(wú)縫均勻纏繞；
[0010]步驟2:當(dāng)兩根超導(dǎo)帶材纏繞到線圈骨架軸向高度的1/4位置處時(shí)，將位于上層的超導(dǎo)帶材直接跨接到下一圈纏繞位置，位于下層的超導(dǎo)帶材順序多繞ー圈，置于另ー根超導(dǎo)帶材的上層，實(shí)現(xiàn)兩根超導(dǎo)帶材的第一次換位；
[0011]步驟3:兩根超導(dǎo)帶材完成第一次換位后，兩根超導(dǎo)帶材再次上下重疊，沿線圈骨架的軸向繼續(xù)向后纏繞；
[0012]步驟4:當(dāng)纏繞到線圈骨架軸向高度的3/4位置處時(shí)，將位于上層的超導(dǎo)帶材直接跨接到下一圈纏繞位置，位于下層的超導(dǎo)帶材多繞ー圈，置于另ー根超導(dǎo)帶材的上層，實(shí)現(xiàn)兩根超導(dǎo)帶材的第二次換位；
[0013]步驟5:兩根超導(dǎo)帶材完成第二次換位后，兩根超導(dǎo)帶材再次上下重疊，沿線圈骨架的軸向纏繞到另ー側(cè)頂端，完成ー個(gè)纏繞層的纏繞，在完成的纏繞層上再纏繞ー層絕緣材料；
[0014]步驟6:判斷超導(dǎo)帶材纏繞層數(shù)目是否與設(shè)定值相等，若不等，重復(fù)步驟1-5，否貝U，停止纏繞，完成ー種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制。
[0015]所述線圈骨架為螺管線圈。
[0016]所述兩根超導(dǎo)帶材均為高溫超導(dǎo)帶材。
[0017]所述兩根超導(dǎo)帶材ー根為低溫超導(dǎo)帶材，另ー根為高溫超導(dǎo)帶材。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供了一種并聯(lián)超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法，井能實(shí)現(xiàn)完全換位，起到電感平衡和均流的效果，有利于提高超導(dǎo)線圈的容量，增強(qiáng)超導(dǎo)線圈的穩(wěn)定性。可應(yīng)用于超導(dǎo)線圈以及以超導(dǎo)線圈作為核心部件的超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器等超導(dǎo)電カ設(shè)備。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法；
[0020](a)纏繞層數(shù)目為ー時(shí)，兩根超導(dǎo)帶材第一次換位示意圖；
[0021](b)纏繞層數(shù)目為ー時(shí)，兩根超導(dǎo)帶材第二次換位示意圖；
[0022](c)纏繞層數(shù)目為ー時(shí)，兩根超導(dǎo)帶材在該層繞制完成示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明繞制的螺管線圈剖面示意圖；
[0024]圖中，11-超導(dǎo)帶材1，12-超導(dǎo)帶材2，13-線圈骨架，21-絕緣材料。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。
[0026]當(dāng)帶材并聯(lián)繞制線圈時(shí)，如果不進(jìn)行換位，由于所處的磁場(chǎng)不同，位于外側(cè)的帶材的電感小于位于內(nèi)側(cè)的帶材，即有Lタト<L 。
[0027]由于在超導(dǎo)帶材中，可以認(rèn)為運(yùn)行時(shí)帶材電阻:R ^ 0 ;
[0028]帶材電抗:X=wL;[0029]帶材總的阻抗Z=R+jX ^jwL；
[0030]帶材電流了二^~- ?
J齡，
[0031]則位于外側(cè)的帶材的電流大于內(nèi)側(cè)的帶材，即Iタト>1 # ;
[0032]可以看出，如果不換位，并聯(lián)帶材電流分布不均，將導(dǎo)致外部電感小，電流大，當(dāng)外部帶材載流超過(guò)臨界電流時(shí)，將導(dǎo)致外部帶材失超甚至燒毀，全部電流轉(zhuǎn)移到內(nèi)部帶材，再導(dǎo)致內(nèi)部帶材過(guò)流，進(jìn)而失超燒毀。
[0033]對(duì)帶材進(jìn)行換位后，帶材的長(zhǎng)度以及所處的磁場(chǎng)相同，Lタト=L&從而使得Iタト=I &實(shí)現(xiàn)均流的效果。同時(shí)通過(guò)換位的方法避免了焊接，也就避免了接觸電阻的出現(xiàn)，降低了損耗。[0034]圖1(a)為纏繞層數(shù)目為ー時(shí)，兩根超導(dǎo)帶材第一次換位示意圖，并聯(lián)兩根帶材按照設(shè)定的角度均勻纏繞線圈骨架，第一次換位前，超導(dǎo)帶材I位于上層，超導(dǎo)帶材2位于下層。當(dāng)?shù)骄€圈骨架軸向高度的1/4位置處時(shí)，進(jìn)行第一次換位。換位時(shí)，位于上層的超導(dǎo)帶材I不繼續(xù)順序纏繞，而是直接跨接到下一圈纏繞的位置，超導(dǎo)帶材2沿線圈骨架軸向順序纏繞，比超導(dǎo)帶材I多繞ー圈后即壓在了超導(dǎo)帶材I的上面，然后兩根超導(dǎo)帶材繼續(xù)向后繞制，從而實(shí)現(xiàn)了第一次換位。由于超導(dǎo)線圈的直徑較大，較超導(dǎo)帶材的寬度相差很多，纏繞角度很小，直接向下ー個(gè)位置跨接對(duì)超導(dǎo)帶材的扭轉(zhuǎn)非常小。超導(dǎo)帶材2多繞ー圈時(shí)，這樣的換位方式可以避免普通換位方式對(duì)超導(dǎo)帶材的過(guò)度的彎折和扭轉(zhuǎn)，防止對(duì)超導(dǎo)帶材的機(jī)械特性的破壞，使得繞制的螺管線圈更加穩(wěn)定。第一次換位后，超導(dǎo)帶材2位于上層，帶材I位于超導(dǎo)帶材下層。
[0035]圖1(b)纏繞層數(shù)目為ー時(shí)，兩根超導(dǎo)帶材第二次換位示意圖；第二次換位前，超導(dǎo)帶材2位于上層，超導(dǎo)帶材I位于下層。當(dāng)繞至線圈骨架軸向高度3/4處時(shí)，進(jìn)行第二次換位，換位方法與第一次換位相同。第二次換位后，超導(dǎo)帶材I位于上層，超導(dǎo)帶材2位于下層。
[0036]圖1(c)纏繞層數(shù)目為ー時(shí)，兩根超導(dǎo)帶材在該層繞制完成示意圖；在線圈骨架的軸向高度的前1/4部分和后1/4部分，每層超導(dǎo)帶材I均位于上層；在線圈骨架的軸向高度的中間1/2部分，每層超導(dǎo)帶材2位于上層。
[0037]圖2為繞制的螺管線圈剖面圖。在螺管線圈繞制過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)換位，兩根超導(dǎo)帶材均多繞ー圈，所用并聯(lián)超導(dǎo)帶材的電感基本一致，環(huán)流很小。
[0038]本發(fā)明通過(guò)將位于下層的超導(dǎo)帶材多繞ー圈，置于上層，從而達(dá)到換位的目的，從而解決了利用常規(guī)的直接換位方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)帶材換位的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)完全換位，達(dá)到電感平衡和均流的效果，有利于提高超導(dǎo)線圈的容量，增強(qiáng)超導(dǎo)線圈的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法，其特征在于，該換位方法包括以下步驟: 步驟1:兩根超導(dǎo)帶材上下重疊后，沿線圈骨架的軸向ー側(cè)頂端開(kāi)始按設(shè)定角度無(wú)縫均勻纏繞； 步驟2:當(dāng)兩根超導(dǎo)帶材纏繞到線圈骨架軸向高度的1/4位置處時(shí)，將位于上層的超導(dǎo)帶材直接跨接到下一圈纏繞位置，位于下層的超導(dǎo)帶材順序多繞ー圈，置于另ー根超導(dǎo)帶材的上層，實(shí)現(xiàn)兩根超導(dǎo)帶材的第一次換位； 步驟3:兩根超導(dǎo)帶材完成第一次換位后，兩根超導(dǎo)帶材再次上下重疊，沿線圈骨架的軸向繼續(xù)向后纏繞； 步驟4:當(dāng)纏繞到線圈骨架軸向高度的3/4位置處時(shí)，將位于上層的超導(dǎo)帶材直接跨接到下一圈纏繞位置，位于下層的超導(dǎo)帶材多繞ー圈，置于另ー根超導(dǎo)帶材的上層，實(shí)現(xiàn)兩根超導(dǎo)帶材的第二次換位； 步驟5:兩根超導(dǎo)帶材完成第二次換位后，兩根超導(dǎo)帶材再次上下重疊，沿線圈骨架的軸向纏繞到另ー側(cè)頂端，完成ー個(gè)纏繞層的纏繞，在完成的纏繞層上再纏繞ー層絕緣材料； 步驟6:判斷超導(dǎo)帶材纏繞層數(shù)目是否與設(shè)定值相等，若不等，重復(fù)步驟1-5，否則，停止纏繞，完成ー種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法，其特征在于，所述線圈骨架為螺管線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法，其特征在于，所述兩根超導(dǎo)帶材均為高溫超導(dǎo)帶材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種并聯(lián)兩根超導(dǎo)帶材螺管線圈繞制的換位方法，其特征在于，所述兩根超導(dǎo)帶材ー根為低溫超導(dǎo)帶材，另ー根為高溫超導(dǎo)帶材。
【文檔編號(hào)】H01F41/06GK103578741SQ201310533674
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】戴婧姝, 王銀順, 張立永, 莊喻韜, 袁卿瑞 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué), 富通集團(tuán)（天津）超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用有限公司