【摘 要】
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相比于常规变压器,超导变压器具有体积小、损耗少、效率高,以及能够在短路情况下限制故障电流等诸多优势。然而高温超导带材的各向异性使其易受绕组端部径向漏磁通的影响,导致端部区域临界电流衰减较为严重,交流损耗增加效率降低。此外,当超导变压器短路时,过高的故障电流短时间产生大量焦耳热,可能对超导绕组造成不可逆的损坏,这就对超导变压器的限流能力提出了更高的要求。针对上述两方面的问题,本文首先设计了一台500
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相比于常规变压器,超导变压器具有体积小、损耗少、效率高,以及能够在短路情况下限制故障电流等诸多优势。然而高温超导带材的各向异性使其易受绕组端部径向漏磁通的影响,导致端部区域临界电流衰减较为严重,交流损耗增加效率降低。此外,当超导变压器短路时,过高的故障电流短时间产生大量焦耳热,可能对超导绕组造成不可逆的损坏,这就对超导变压器的限流能力提出了更高的要求。针对上述两方面的问题,本文首先设计了一台500 kVA/10 kV单相高温超导变压器,给出其铁心参数与绕组形式,基于高温超导体的H方程建立二维轴对称仿真模型,通过有限元软件的偏微分方程接口与固体传热接口计算其电磁场与温度场特性并进行分析。然后观察超导变压器绕组径向漏磁通分布、临界电流密度分布、温度分布、交流损耗等稳态特性,通过调整绕组结构、安装导磁环等方式改进超导变压器模型,分析能够减小径向漏磁通,降低绕组交流损耗的方案,为超导变压器的设计与优化提供参考。最后本文提出了一种并联不锈钢的REBCO超导带材,通过冲击电流实验与电流密度分布仿真,分析其相比于单根超导带材承受故障电流的能力,并以此作为绕组材料设计了一台120 kVA/6 kV的小型超导变压器,计算其故障电流曲线,分析并联不锈钢的REBCO带材对于提高超导变压器限流能力的影响。
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