本书介绍了超导电力技术中的基础理论和实验技术。全书共10章，主要内容包括超导电性基础，实用超导材料的各向异性、均匀性、机械特性、稳定性、交流损耗，高温超导带材的临界电流和n值的非接触测量原理和技术，实用超导材料的制备工艺，低温绝缘材料及其特性，低温容器设计及低温制冷，超导电力装置的电流引线、超导开关和超导磁通泵的原理及设计方法等。
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前言
第1章 超导电力技术简介 1
1.1 引言 1
1.2 超导电力技术 2
1.3 超导电力装置 4
1.4 超导磁体技术 6
1.4.1 超导磁体在科学工程上的应用 6
1.4.2 超导磁体在科学仪器上的应用 7
1.4.3 超导磁体在电磁感应加热方面的应用 8
参考文献 8
第2章 超导电性基础 10
2.1 超导体的基本特性 10
2.1.1 零电阻效应 10
2.1.2 完全抗磁性——迈斯纳效应 15
2.1.3 约瑟夫森效应 18
2.1.4 超导体的临界参量 20
2.2 超导体的分类及其磁化曲线 23
2.2.1 超导体的相干长度 23
2.2.2 超导体的分类 23
2.2.3 第Ⅰ类超导体及其磁化曲线 24
2.2.4 第Ⅱ类超导体及其磁化曲线 24
2.3 超导体的临界特性参数的测量 29
2.3.1 低温实验常用的低温温度计 29
2.3.2 超导体的临界温度的测量 30
2.3.3 超导体临界电流I的测量 34
2.3.4 临界磁场的测量 40
参考文献 43
第3章 超导体的机械特性和各向异性特性 45
3.1 超导材料的机械特性 45
3.1.1 机械特性的一般描述 45
3.1.2 拉伸特性 46
3.1.3 弯曲特性 47
3.2 超导材料的电磁各向异性 48
3.2.1 高温超导材料临界电流的各向异性 49
3.2.2 高温超导材料n值的各向异性 53
3.3 低温超导材料的临界电流特性 54
3.3.1 NbTi超导材料的临界电流随磁场的变化 54
3.3.2 临界电流随归一化磁场和归一化温度变化的模型 55
3.3.3 Nb3Sn临界电流随磁场变化的模型 55
3.4 超导材料的不可逆场 56
3.5 几种高温超导材料临界电流密度与温度的关系 57
3.6 常用超导材料的热力学特性 58
3.6.1 常用超导材料的热学特性 58
3.6.2 常用超导材料的热收缩特性 61
参考文献 64
第4章 超导体的稳定性 66
4.1 超导体的临界态 66
4.2 超导体的绝热稳定化 67
4.3 磁通跳跃的绝热稳定性 69
4.4 超导体的自场稳定性 73
4.5 超导体的动态稳定性 75
4.5.1 板状复合导体宽边冷却稳定性 77
4.5.2 板状复合导体侧边冷却稳定性 79
4.5.3 载流板状复合超导体的动态稳定性 81
4.5.4 载流圆截面复合超导体的自场动态稳定性 83
4.6 超导体的低温稳定性 87
4.6.1 Stekly参数 87
4.6.2 一维正常传播区 91
4.6.3 三维最小传播区和最小失超能 92
4.7 绝热复合超导体中正常区传播速度 95
4.7.1 纵向传播速度 95
4.7.2 横向传播速度 96
4.8 超导磁体的机械稳定性 98
4.9 超导磁体的退化和锻炼效应 99
4.9.1 超导磁体的退化 99
4.9.2 超导磁体的锻炼效应 100
4.10 超导磁体的失超和保护 101
4.10.1 失超过程中电阻的增长和电流的衰减 101
4.10.2 引起超导磁体失超的原因 107
4.10.3 主动保护 109
4.10.4 被动保护 112
4.10.5 超导磁体失超的数值模拟 118
4.11 超导体稳定性试验 118
4.11.1 磁通跳跃试验 119
4.11.2 超导体失超参数测量技术 120
参考文献 122
第5章 超导体的交流损耗 124
5.1 板状超导体的交流损耗 124
5.1.1 平行交变磁场下的超导板的交流损耗 124
5.1.2 垂直交变磁场下的超导板的交流损耗 127
5.1.3 超导薄板的自场损耗 127
5.1.4 处于交直流磁场中并载有交直流电流的超导薄板的交流损耗 128
5.1.5 载有交直流电流的超导薄板的交流损耗 129
5.1.6 载有交流电流并处于垂直交变磁场中的超导薄板的交流损耗 130
5.1.7 处于垂直交直流磁场中的超导薄板的交流损耗 132
5.1.8 处于垂直和平行交直流磁场中并载有交直流电流的超导薄板的磁通流动损耗 133
5.1.9 处于任何方向交变磁场和交变电流的超导薄板的总交流损耗 136
5.2 圆形截面超导体的交流损耗 137
5.2.1 纵向交变磁场下的圆形截面超导体的交流损耗 137
5.2.2 横向交变磁场下的圆形截面超导体的交流损耗 138
5.2.3 横向交变磁场中有传输直流电流的圆形截面超导体的交流损耗 140
5.2.4 圆形截面超导体的自场交流损耗 141
5.2.5 横向交变磁场中传输交流电流并处于同位相横向交流磁场中的圆形截面超导体的交流损耗 143
5.2.6 处于交变磁场和载有交直流的圆形截面超导体的磁通流动损耗 144
5.3 横向交变磁场中圆形截面柱状混杂超导体的交流损耗 145
5.4 纵向交变场下圆筒超导体的交流损耗 146
5.5 大旋转磁场中的交流损耗 147
5.6 交变磁场和交变电流不同相位时的交流损耗 148
5.6.1 载流超导薄板在不同相位的平行交变磁场中的交流损耗 148
5.6.2 载流超导薄板一侧具有不同相位的平行交变磁场中的交流损耗 149
5.6.3 载流超导薄板两侧对称处于不同相位的平行交变磁场中的交流损耗 151
5.7 其他波形磁场时超导薄板的交流损耗 153
5.8 其他临界态模型的交流损耗 155
5.8.1 Kim模型 155
5.8.2 电压电流幂指数定律模型非线性导体模型 156
5.8.3 Kim-Anderson临界态模型的交流损耗 158
5.8.4 同时考虑阻m-Anderson临界态模型和电压电流幂指数模型的交流损耗 158
5.9 其他形式的交流损耗 159
5.9.1 涡流损耗 159
5.9.2 横向交变磁场中复舍多丝超导体的穿透损耗 161
5.9.3 扭矩的确定 162
5.9.4 纵向交变磁场中的复合导体交流损耗 163
5.9.5 藕合损耗 165
5.9.6 其他波形交变场的涡流损耗 168
5.10 交流损耗测量 170
5.10.1 磁测法 170
5.10.2 电测法 172
5.10.3 热测法 175
5.10.4 电测法和热测法的比较 178
5.11 超导电力装置交流损耗简介 179
5.11.1 超导材料价格及年成本 179
5.11.2 制冷机效率 179
5.11.3 超导电力装置的磁场和交流损耗 180
参考文献 182
第6章 实用超导材料制备工艺简介 184
6.1 NbTi超导线的制备 186
6.2 Nb3Sn超导线的制备 188
6.2.1 内扩散法 188
6.2.2 外扩散法 189
6.3 Nb3AL超导线材的制备 190
6.4 MgB2线材的制备 191
6.5 第一代高温超导带材的制备 193
6.6 第二代高温超导带材——YBCO涂层导体 196
6.6.1 基板及织构化隔离层 197
6.6.2 高临界电流密度超导层的沉积 198
参考文献 199
第7章 高温超导带材临界电流和n值的非接触测量原理和技术 202
7.1 临界电流和n值简介 202
7.2 高温超导带材临界电流的非接触测量技术 203
7.2.1 剩余磁场法 203
7.2.2 交流磁场感应法 204
7.2.3 力学方法 206
7.3 高温超导带材n值的非接触测量技术 208
7.3.1 磁滞损耗分量法——变幅值法 208
7.3.2 基波分量法变频法 209
7.3.3 三次谐波分量法 210
7.4 实用长度高温超导带材临界电流和n值均匀性的分析 211
7.4.1 高斯分布统计法 211
7.4.2 Weibull统计分布 212
7.5 下一步临界电流和n值的非接触测量技术 213
参考文献 213
第8章 低温绝缘材料及其电性能 216
8.1 超导电力装置对低温绝缘材料的要求 216
8.2 低温气体的绝缘特性 216
8.2.1 常用低温气体的绝缘特性 216
8.2.2 其他气体的绝缘特性 220
8.3 低温介质的绝缘特性 220
8.3.1 低温介质的性能比较 220
8.3.2 低温介质的电性能 221
8.4 有机绝缘薄膜材料的绝缘特性 229
8.4.1 薄膜材料的热力学性能 229
8.4.2 薄膜材料的电阻率 232
8.4.3 薄膜材料的介电常数 232
8.4.4 介质损耗 234
8.4.5 击穿电压 236
8.4.6 电老化特性 238
8.5 低温绝缘漆和低温黏合剂 240
8.6 低温绝缘结构材料 242
8.7 无机绝缘材料 244
8.7.1 玻璃的热力学性能 244
8.7.2 陶瓷的电特性 245
8.7.3 云母玻璃的热力学和电学特性 246
参考文献 248
第9章 低温容器与低温制冷 249
9.1 低温冷却介质 249
9.2 低温容器 251
9.2.1 低温绝热基础 252
9.2.2 低温绝热的基本类型和结构 261
9.2.3 低温容器的结构设计 272
9.2.4 低温介质输液管及低温管道 275
9.2.5 极低温容器——双社瓦结构容器 277
9.3 低温制冷 278
9.3.1 低温制冷原理和制冷机 278
9.3.2 适合于超导电力装置的制冷机的选择 284
9.4 超导电力装置的冷却技术 285
9.4.1 开式浸泡式冷却 285
9.4.2 闭式减压浸泡式冷却 286
9.4.3 闭式浸泡式冷却 286
9.4.4 迫流循环冷却 287
9.4.5 制冷机直接冷却 288
参考文献 289
第10章 超导电力装置供电技术 291
10.1 电流引线的设计 291
10.1.1 传导冷却电流引线 292
10.1.2 传导冷却电流引线近似设计 295
10.1.3 可插拨(拆卸)电流引线 300
10.1.4 气冷电流引线 300
10.1.5 高温超导电流引线 303
10.1.6 瑞尔帖热电效应 305
10.1.7 瑞尔帖气冷电流引线 308
10.2 超导开关 313
10.2.1 低温超导开关的设计 314
10.2.2 高温超导开关的设计 314
10.2.3 超导开关的制造 315
10.3 超导磁通泵 317
10.3.1 超导磁通泵的工作原理 317
10.3.2 变压器型超导磁通泵 318
10.3.3 超导永磁体磁通泵 319
参考文献 321
附录 323
A1 复合导体热容、热导率和电阻率的计算 323
A2 常用金属、合金及绝缘材料的物理性能特性参数 324
A2.1 一些合金材料的热导率k[单位:W/(m·K)] 324
A2.2 几种聚合物材料的热导率k[单位:W/(m·K)] 325
A2.3 几种陶瓷和玻璃的热导率k[单位:W/(m·K)] 325
A2.4 一些材料低温下的热导积分*k(T)dT 326
A2.5 一些材料低温下的比定容热容cv[单位,J/(kg·K)] 327
A2.6 不锈钢管导热量 328
A2.7 焊料的热力学特性 328
A2.8 几种元素的电热学特性 329
A2.9 金属材料的热收缩率 331
A2.10 舍金材料的热收缩率 331
A2.11 聚合物材料的热收缩率 332
A2.12 复合绝缘材料的热收缩率 333
A2.13 陶瓷和非金属材料的热收缩率 333
A2.14 奥氏不锈钢材料的热力学特性 334
A2.15 Nickel镍材料的热力学特性 334
A2.16 铝合金材料的热力学特性 335
A2.17 几种合金及聚合物的力学特性 336
A2.18 常用骨架材料的热收缩 336
A2.19 四几种常用金属结构材料的热导率及电阻率 338
A2.20 焊料的电阻率 338
A2.21 几种焊料的超导特性 339
A2.22 几种金属材料与铜在室温下的电阻率的比较 339
A2.23 几种材料的剩余电阻率 339
A2.24 几种纯金属材料的理想电阻率 340
A2.25 几种合金材料的理想电阻率 340
A3 贝赛尔函数 341
A4 实用高温超导涂层导体(YBCO CC)的涡流损耗 341
A5 非金属及不锈钢低温容器的性能 343
A5.1 几种非金属材料的气体渗透特性 343
A5.2 JB/T 5905-92规定的真空多层绝热液氮和液氧低温容器的基本参数 344
A5.3 几种小型不锈钢低温容器的技术性能 344
A5.4 几种非金属低温杜瓦容器的性能 345
京公网安备 11010102004214号