不同绕制工艺下超导限流器电磁分析与对比

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国内外高温超导材料的研究发展概述

国内外高温超导材料的研究发展概述***（材料科学与工程学院，中国计量学院，浙江杭州，310018）摘要超导材料技术是21世纪具有战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。

本文主要从美国、日本、欧洲国家、韩国等国外国家的相关研发计划、政策以及主要科研机构的研发概况出发，结合中国发展现状阐明目前国内外超导材料技术的研究政策和方向。

关键词：超导材料技术；超导计划；超导应用；超导发展；研究方向中图分类号：文献标识码：文章编号：The development and application of high temperaturesuperconducting materials***（College of material science and engineering, China Jiliang University, ZhejiangHangzhou 310018）AbstractSuperconducting materials and technologies are strategically high-tech in the 21st century, and have highly potential andmarketprospects. This paperanalyzed the R&D programs and policies of the United States, Japan, European countries, SouthKorea, as well as R&D priorities of major scientific research institutions, introduced the current progress of superconducting materials and technologies research policies and priorities abroad.Keywords: Superconducting materials and technologies,Superconductivity Projects, R&D institu- tes,Research priorities0 引言超导材料技术是二十一世纪具有战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。

一种新型超导直流故障限流器

第50卷第3期电力系统保护与控制Vol.50 No.3 2022年2月1日 Power System Protection and Control Feb. 1, 2022 DOI: 10.19783/ki.pspc.210517一种新型超导直流故障限流器熊佳玲，李文鑫，杨超，杨天慧，信赢(天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072)摘要：与用于交流系统或双极直流系统的限流器不同，用于多端柔性直流系统的故障限流装置应能够在短路故障发生初期有效抑制故障电流的快速上升，避免在线路断路器动作之前换流器桥臂闭锁。

针对这一性能要求提出了一种专门用于多端柔性直流电网中的新型超导故障限流器的基本结构和工作原理，并制作了原理验证样机。

通过对原理验证样机开展的一系列实验，证明了设计结构与原理的可行性。

实验结果也充分展示了这类限流器的功能特性，如其能充分利用铁芯的最大磁导率在短路故障发生的几个毫秒内实现最大限流感抗，从而有效抑制故障早期的短路电流上升率。

此外，可以通过对超导隔离环组数量的调整，设定限流器的限流阈值，灵活适应不同直流系统的限流需求。

关键词：超导；限流器；直流电网；限流阈值；短路故障A new type of superconducting DC fault current limiterXIONG Jialing, LI Wenxin, YANG Chao, YANG Tianhui, XIN Ying(School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: Different from the fault current limiters used for an AC transmission system or a bipolar DC transmission system, a fault current limiting device for a multi-terminal flexible DC system should be able to effectively curb the rapid rise of fault current to avoid the lock of the bridge arm of current converter before the action of the line breaker. To satisfy this requirement, a basic structure and working principle of a new type of superconducting fault current limiter for a multi-terminal flexible DC power grid are proposed and a lab prototype for proof-of-principle is built. Through a series of experiments carried out on the prototype, the feasibility of the working principle and the designed structure has been confirmed. The test results have adequately demonstrated the functional characteristics of this kind of fault current limiter, such as that the current limiter can make full use of the maximum permeability of the iron core to achieve the maximum inductive impedance, and suppress the rising rate of the fault current within a few milliseconds after a short-circuit fault takes place. In addition, the current limiting threshold of the current limiter can be set by adjusting the number of superconducting isolation rings, so it can be flexibly adapted to different DC systems.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51677131).Key words: superconductivity; current limiter; DC power grid; current limiting threshold; short circuit fault0 引言随着人们对电网输送能力和系统供电可靠性要求的不断提高，高压直流输电在远距离、大容量输电和区域互联中得到了广泛应用[1-5]。

关于变电站电气设计中限流措施的合理采用分析

关于变电站电气设计中限流措施的合理采用分析摘要：在变电站工作中，短路电流的大幅度增加直接影响供电系统的正常工作。

为了保证供电系统工作的安全稳定，变电站在电气设计当中，需选用限流办法控制短路电流。

不只如此，变电站在停止电气设计时，需对合理选用限流办法，在不影响短路电流控制造用的前提下，尽量俭省资金。

关键词：变电站电气设计；限流措施；合理采用1 短路电流大幅增加对变电站的影响短路故障因其类型、发生地点和持续时间等不同，其危害程度也有所不同，可能仅破坏部分区域的正常可靠供电，也有可能越级破坏所接入大区域电网的安全稳定运行。

具体来看，短路电流增大的危险后果一般包括以下几个方面。

1.1 投资费用增加短路电流大幅增加以后，变电站出资费用也会相应增长。

随着短路电流大幅增加，变电站当中动、热便会发生不稳定的现象。

为了使变电站中的动、热能够更为稳定，变电站便需出资购买遮断电流才能更强的断路器及其配套的电气工具以及设备，变电站的出资费用随之增多。

1.2 人畜容易发生危险短路电流的增大在发作接地短路问题时，由于系统注入大地的电流过大，将产生强大的地电位回击，增加了系统接地点左近的跨步电压及接触电压，严重威胁人畜的生命安全。

1.3 故障点的破坏性增强当变电站中的短路电流大幅度增加，架空线路中的故障点便会遭到较为严重的损坏，详细表现于以下几点：首先，绝缘子遭到损伤，导线被熔断，致使架空线路难以持续工作。

其次，理地电缆会遭到较为严重的损伤，乃至触及其他电缆，使得其他电缆也遭到损伤。

最后，电缆、导线以及绝缘子都遭到不同水平的损伤，使得修理人员需破费许多时间停止修理，停电时间也需延长。

1.4 通信电路受到损害变电站短路电流大幅增加，并致使线路当中存在不对称短路时，电流之间的不平衡便会形成很多磁通，可以自附近的电路当中感应出电动势，且感应出的电动势较大。

此刻，高压电力线路周围的通信线路以及铁道信号系统，尤其是同电力线路坚持平行的通信线路都会受到影响。

高温超导材料论文最新

高温超导材料研究摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。

关键词：超导材料研究进展高温应用一、高温超导材料的发展历史高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO和铋锶钙铜氧（BSCCO）钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。

1911年，荷兰莱顿大学的卡末林•昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98 ° 邙寸，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林•昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。

对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

自卡麦林・昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。

超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。

至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nd Sn V3 Ga Nb a Ge,其中Nb s Ge 超导体的临界转变温度（T c）值达到23.2K o以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。

1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物（La-BaCuO），其T c为35K,第一次实现了液氮温区的高温超导。

高温超导线圈绕制工艺及性能测试研究

Abstract： In this paper, the winding process of a large high temperature superconducting coil was introduced, and the best joint welding process was obtained by repeated experiments, which meets the requirement of stable operation of super conducting coils. The current carrying capacity of high temperature superconducting (HTS) strips under the condition of radial bending of strain fatigue, as well as V-I curve of HTS coils, were measured in self-field at the temperature of 77 K. The result indicates: when the bending times were equal or less than 10, the current carrying capacity of HTS strips was unchanged. HTS coils winded with the process in this paper have good perfbimance, and the critical current measured in selMield at 77 K is 168.12 amperes. The best welding result was obtained when welding temperature is 439 K, overlap ping length 4 cm and Sn63Pb was employed as solder.

超导应用.ppt

接着昂尼斯又对多种金属、合金、化合物材料进行低温下的实验，发现它们中的许多都具有在低温下电阻消失、感应电流长期存在的现象。由于在通常条件下导体都有电阻，昂尼斯就称这种低温下失去电阻的现象为超导。在取得一系列成功的实验之后，昂尼斯立即正式公布这一发现，并且很快引起科学界的高度重视，昂尼斯也因此荣获1913年诺贝尔物理学奖。
5:超导体的应用
❖ 电子学应用
自1962年超导量子隧道效应发现以后，超导技术在电子学中的应用揭开了新的篇章，经过多年的发展，至今已有许多新型的超导电子器件研制成功，这些超导电子器件包括：超导量子干涉器（SQUID）、超导混频器、超导数字电路、超导粒子探测器等。
❖ 生物医学应用
超导技术在生物医学中的应用包括超导核磁共振成像装置（MRI）和核磁共振谱仪（NMR）核磁共振成像的原理是基于被测对象的原子磁场与外磁场的共振现象来分析被测对象的内部状态。
※BCS理论的一个基本近似是：取消了电－声子作用对能量与动量的依赖关系，采用了常数截断处理。实际上，该理论假设，只在费米面以外一定的能层内，两电子间才会具有吸引作用而形成Cooper对，且为作德用拜势频的率大。小）不实变际。上（在能晶层体范中围与为电子相D 关的相D 互，作用是非常复杂的，因此虽然它能够解释低温超导体大多数特征，但铅，汞，铌等几种元素的性质却与BCS理论计算有相当的出入。——此时应当用强耦合理论对其加以修正。
※伦敦方程的修正－Pippard非局域理论
JS与A(r)的非局域关系－Pippard方程：
j (r , t)
3
4l
d 3r
R
R A(r)
R4
eR/p
其中，并且假设 a
nse2 m

超导技术在强电领域的应用及市场分析

超导技术在强电领域的应用及市场分析作者：王醒东来源：《新材料产业》 2012年第3期文/王醒东富通集团有限公司自1911年发现超导现象后，至今已整整100年。

在这百年里，无数科技工作者一直为寻求高临界转变温度的超导材料和推进超导技术实用化而奋斗。

如今，低温超导材料（以液氦为制冷剂）铌钛合金（N b T i）和铌三锡（N b3S n）已用于低温高场磁体，一代铋（B i）系高温超导（以液氮为制冷剂）带材已实现商业化（主要指B i2S r2C a2C u3O10，简称B i2223），二代Y系（指Y B a2C u3O7，简称Y B C O）高温超导材料也在实用化的途中。

虽然超导技术神秘的面纱还没有被完全揭开，但不可否认，超导技术是具有战略意义的高新技术，具有重要的应用价值和巨大的开发前景。

按照应用领域，超导技术可分为强电应用（超导磁体、超导电缆、超导限流器和超导变压器等）和弱电应用（超导滤波器和超导量子干涉仪等）。

随着能源的不断紧张，各国已把超导在强电领域的应用作为重点发展方向，并有望在5 ～10年后形成一定的产业规模。

本文旨在介绍超导技术在强电领域的应用，重点介绍超导磁体、超导电缆、超导限流器、超导储能和超导变压器的特点和研发情况，阐述我国发展超导技术的必要性，并对市场进行展望。

一、高温超导强电应用1.超导磁体超导磁体以超导材料作为励磁线圈，利用了其在超导态下的完全抗磁性（迈斯纳效应），耗能较少，且体积小、稳定性高，可以产生10T以上的高稳态磁场（NbTi和Nb3Sn可分别产生10T和20T的稳态磁场）。

而常规磁体要产生如此大的磁场，成本很大，需要消耗大量的冷却水和电能。

目前，超导磁体已应用于高能物理和核磁共振仪等仪器设备上。

此外，绝大多数的超导产品都需要超导磁体，如超导变压器、超导限流器和超导电机等，所以超导磁体是目前超导强电领域市场份额最大的产品，达到29%，见图1。

当前超导磁体的最大市场还是医学领域使用的磁共振成像（M R I），超导M R I用于病人检测时，分辨率高、成像清晰、磁场和时间稳定性好。

超导体及其应用

超导体及其应用超导材料，又称为超导体(superconductor)。

当某导体在一温度下，可使电阻为零而称之。

零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。

使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。

最初发现物体的超导现象是在1911年。

某些材料在极低的温度下，其电阻会完全消失，这令荷兰科学家卡?翁纳斯等人惊奇不已。

于是这以后，超导研究便成为一个重要课题。

关于超导体，科学家在不断的研究，因此也发现和创造出许多的超导材料例如1911年，荷兰物理学家卡莫林.昂内斯(H.Karmerligh-onnes)在莱顿(Leiden)实验室研究在极低温度下各种金属电阻变化时,首先发现水银(Hg)在4.2K 时电阻突然为零的现象(称为超导电性),揭开了超导研究的序幕.昂内斯由于1980年液化了氦和1911年超导现象的研究,获得了1913年度诺贝尔物理学奖.此后科学家们经过七十余年的努力,直到1986年初,已发现并制造出了解上千种超导材料,同时把金属及其合金超导材料的临界温度Tc(出现超导现象的温度)从4.2K提高到23.2K(1973年发现的NB3Ge化合物的Tc=23.2k,直到1985年一直保持着最高临界温度的记录),平均每年只获得0.253K的进展,然而在1986年却发生了突破.1986年1月,IBM苏黎世实验室的德国人贝德诺尔兹(J.G.Bednorz)瑞士人米勒(K.A.Muler)宣布发现可能达到Tc=35K的镧钡铜氧化物超导体。

超导体按不同条件可以分为不同种类例如.超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。

由温度的不同范围可分为高温超导体和低温超导体和常温超导体低温超导材料(low temperaturesuperconducting material) 具有低临界转变温度(Tc<30K)，在液氦温度条件下工作的超导材料。

分为金属、合金和化合物。

具有实用价值的低温超导金属是Nb( 铌 )，Tc 为9.3K已制成薄膜材料用于弱电领域。

关于发展高温超导输电的建议

关于发展高温超导输电的建议严陆光;肖立业;林良真;韩征和;信赢;戴少涛;来小康;唐跃进;罗二仓;王俊杰;丘明;周孝信;李柏青;于坤山;古宏伟;任丽;冯霞;许熙;甘子钊;周远;卢强;赵忠贤;周廉;程时杰;刘峰松【摘要】为解决我国日益突出的能源资源和负荷分布不均的矛盾，提高能源、环境和经济等综合利用效率，中国科学院学部于2011年12月设立了“高温超导输电”的咨询项目，力求前瞻思考和探讨高温超导输电的可行性并为国家发展此项前沿技术提供咨询意见。

本项目在严陆光院士的主持下，组织20多位院士和专家，经过一年多的深入调研和研讨，形成了《关于发展高温超导输电的建议》咨询报告。

报告分析了国内外高温超导输电技术发展和示范应用情况，认为高温超导输电具有大容量、低损耗、体积小、重量轻、系统可靠性高、节约资源、环境友好等优势，有望在我国未来电网发展中发挥重要作用。

报告还针对我国相关技术和政策等方面的问题，提出了我国发展高温超导输电路线图和设立“高温超导输电”项目等政策建议。

【期刊名称】《电工文摘》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】高温超导输电;超导电缆;未来电网【作者】严陆光;肖立业;林良真;韩征和;信赢;戴少涛;来小康;唐跃进;罗二仓;王俊杰;丘明;周孝信;李柏青;于坤山;古宏伟;任丽;冯霞;许熙;甘子钊;周远;卢强;赵忠贤;周廉;程时杰;刘峰松【作者单位】【正文语种】中文1 研究背景与研究意义1.1 研究背景100年前，荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现了超导体，由于超导体没有电阻，即它在输送电流时没有电阻损耗，因此，它的应用将对整个电能输送技术带来革命性的影响。

20世纪80年代后期，液氮温区的高临界温度超导体的发现，使得将超导体用于大规模的电能输送成为可能。

20世纪90年代以来，国内外均在高温超导输电方面进行着积极的研发与示范工作，奠定了良好基础，研究开发与产业链雏形已经形成，有望在2l世纪前期进入超导电力输送的新时代。

高温超导线圈绕制工艺及性能测试研究

高温超导线圈绕制工艺及性能测试研究李力;孙星瑞;侯东斌;李超;宋萌;林友新;胡南南;史正军【摘要】针对高温超导用Bi系高温超导带材,对其在77 K自场下和应变疲劳下的临界电流进行了测试.介绍了超导限流器用大型高温超导线圈及绕制工艺,在77 K 自场下对比研究了双饼线圈、螺线管线圈的V-I特性曲线;通过反复试验得到了最佳接头焊接工艺,满足了磁体稳定工作的条件.结果表明:当弯曲次数小于或等于10次时,高温超导带材的临近电流不受径向弯曲次数影响;绕制的高温超导线圈性能良好,77 K自场下的临界电流为168.12 A,当焊接温度达到493 K、搭接长度4 cm、焊料Sn63Pb时焊接效果最佳.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2019(025)004【总页数】5页(P280-284)【关键词】高温超导;临界电流;绕线工艺;焊接工艺【作者】李力;孙星瑞;侯东斌;李超;宋萌;林友新;胡南南;史正军【作者单位】广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;西安聚能超导磁体科技有限公司,西安 710018;西安聚能超导磁体科技有限公司,西安 710018;西安聚能超导磁体科技有限公司,西安 710018;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080【正文语种】中文【中图分类】TM26;O5110 引言随着我国国民经济的不断发展，电子系统规模迅速扩展，电网短路电流水平已经逼近甚至超过开关设备的开断能力，以致于严重影响到电网的安全运行，也成为制约电力系统发展的重要因素。

传统的限制短路电流的方法主要通过加装电抗器、分区等被动方式达到限流目的，此类方式对电网的安全性及灵活性有较大影响，亟需研制适用于超高压电网的主动式限流装置[1-3] 。

高温超导材料

高温超导材料樊世敏摘要自从1911年发现超导材料以来，先后经历了简单金属、合金,再到复杂化合物，超导转变温度也逐渐提高,目前，已经提高到164K(高压状态下)。

本文主要介绍高温超导材料中的其中三类：钇系(YBCO)、铋系（BSCCO)和二硼化镁(MgB2)，以及高温超导材料的应用。

与目前主要应用领域相结合，对高温超导材料的发展方向提出展望。

关键词高温超导材料，超导特性，高温超导应用1 引言超导材料的发现和发展已经有将近百年的历史，前期超导材料的温度一直处于低温领域,发展缓慢。

直到1986年，高温超导（HTS）材料的发现，才进一步激发了研究高温超导材料的热潮。

经过20多年的发展，已经形成工艺成熟的第一代HTS带材—-BSCCO带材，目前正在研发第二代HTS带材-—YBCO涂层导体,近一步强化了HTS带材在强电领域中的应用。

与此同时，HTS薄膜和HTS块材的制备工艺也在不断地发展和完善，前者己经在强电领域得到了很好的应用，后者则在弱电领域中得到应用，并且有着非常广阔的应用前景.2 高温超导体的发现简史20世纪初，荷兰莱顿实验室科学家卡默林昂尼斯（H K Onnes）等人的不断努力下，将氦气液化［1-7］，在随后的1911年，昂尼斯等人测量了金属汞的低温电阻，发现了超导电性这一特殊的物理现象.引起了科学家对超导材料的研究热潮。

从1911到1932年间，以研究元素超导为主，除汞以外,又发现了Pb、Sn、Nb等众多的金属元素超导体;从1932到1953年间，则发现了许多具有超导电性的合金，以及NaCl结构的过渡金属碳化合物和氮化物，临界转变温度(Tc）得到了进一步提高；随后，在1953到1973年间，发现了Tc大于17K的Nb3Sn等超导体.直到1986年，美国国际商用机器公司在瑞士苏黎世实验室的科学家柏诺兹（J。

G。

Bednorz）和缪勒（K。

A。

Müller）首先制备出了Tc为35K的镧—钡—铜—氧（La—Ba—Cu-O）高温氧化物超导体，高温超导材料的研究才取得了重大突破［10,11］。

LC型VCO高温特性分析

LC型VCO高温特性分析
刘长江;刘银生;高晓强
【期刊名称】《电子工艺技术》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】微波单片集成电路(MMIC)具有噪声性能好、集成度高、驱动能力强的优点。

在MMIC工艺下,对压控振荡器(VCO)在高温下的特性表现进行了分析。

现有使用负阻振荡原理设计的VCO电路分为负阻电路部分和谐振电路部分,该结构在高温下常产生近端噪声恶化和频率下降的现象,影响VCO的正常工作性能。

通过对现有MMICVCO产品的仿真测试和分析,探得了高温下VCO性能改变的原因。

【总页数】4页(P10-13)
【作者】刘长江;刘银生;高晓强
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十九研究所;中国电子科技集团公司第十三研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN60
【相关文献】
1.电阻型高温超导限流器暂态电阻特性分析
2.大容量短轴型和长轴型高温超导电机的制冷系统设计和电磁特性对比分析
3.高温环境下编织-嵌槽型金属橡胶的疲劳特性分析
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5.反应堆级钚驱动下钍基高温堆S&B型燃料组件特性分析
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高温超导材料

高温超导材料摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。

关键词：超导材料研究进展高温应用一、高温超导材料的发展背景及其发展历史高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。

人们在超导体被发现的时候（1911年），就被其奇特的性质（即零电阻，反磁性，和量子隧道效应）所吸引。

但在此后长达七十五年的时间内所有已发现的超导体都只是在极低的温度（23 K)下才显示超导，因此它们的应用受到了极大的限制。

高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。

钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。

1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

自卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。

超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。

至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超导体的临界转变温度(T c)值达到23.2K。

超导体的电磁性质

超导体的电磁性质(总12页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除浅谈超导体及其应用前景任课教师：闵琦09物理学号：200902050112011年11月09物理浅谈超导体及其应用前景摘要：某些元素、合金、化合物或其他材料，当温度下降到某临界温度T c以下，会出现零电阻的现象，我们称这种现象为超导现象,而这些材料则被称为超导体。

超导体具有零电阻效应、完全抗磁性效应、二级相变效应、单电子隧道效应、约瑟夫森效应等几大特性。

本文研究的超导磁悬浮正是利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。

而影响其磁浮力的因素有很多，如温度、永磁体磁场强度、超导体与永磁体间距离等。

本文旨在通过实验探究超导材料与永磁体间距离对磁浮力的影响及磁浮力的变化规律。

关键词：超导、零电阻、完全抗磁性、麦斯纳效应、临界电流和磁场、超导磁悬浮一、超导体及其性质1.1、什么是超导体及其发现：些金属（包括合金）、有机材料、陶瓷材料在一定的温度T c以下，会出现零电阻的现象，我们某称这些材料为超导体。

另外，强磁场能破坏超导状态。

每一种超导材料除了有一定的临界温度T c外，还有一个临界磁场强度H c，当外界磁场超过H c时，即使用低于T c的温度也不可能获得超导态。

在1911年，荷兰Leiden大学学者Kamerlingh Onnes（卡末林·昂尼斯）发现了超导体。

早在1908年，Leiden实验室就掌握了He（氦）气的液化技术，He在一个大气压下液化时，温度为4.2K，Onnes将这一低温技术成果用来研究Hg（水银）导线的电阻随温度变化的规律。

他测得样品在温度为4.2K时，电阻骤降为零。

[3]当时，所有的理论都无法圆满地解释金属导体这种非零温下的零电阻效应。

第二代高温超导线材

电力系统用第二代高温超导带材产业化1911年荷兰物理学家K.Onnes发现汞在4.2K的低温下电阻突然将为零，这一现象被称为超导现象[1]。

超导电性的发现是20世纪物理学最重大的发现之一，寻求高临界温度的超导材料、探索超导的奥秘和开发超导的设计应用是物理学家的孜孜追求的梦想。

迄今为止，源于超导研究的诺贝尔物理学奖共有 5 次，10 人获奖，详见下表。

超导体具有明显异于常规导体的三大基本特性，即零电阻特性、完全抗磁性和约瑟夫逊效应。

由于这些特性，超导材料在强电、强磁以及弱电领域有这广泛的应用。

例如，利用超导体的完全抗磁性西安交通大学成功发明了世界上第一辆载人高温超导磁悬浮实验车。

而世界第一条磁悬浮商业线2003年已经在上海浦东正式投入运营。

全球超导材料的市场需求已达每年 30 多亿美元。

根据第五届国际超导工业峰会预测，高温超导应用技术将在今后5－10年时间达到实用化水平，2020 年全球超导产业的产值将达到 1500－2000 亿美元。

超导领域的诺贝尔物理学奖在数字时代的21世纪，人类在享受现代文明的同时面临着日益严重的能源危机。

当前，电力供应日趋紧张，然而大量电能却被浪费在传统电缆上。

据统计，我国电网的电能损耗约占总发电量的9%，其中90%左右是由电缆损耗的，相当于2－3个三峡电站的发电量。

如果使用高温超导线材，不仅这些损耗完全可以避免，而且可以节约大量的金属材料。

超导材料根据其临界温度的高低可分为低温超导材料和高温超导材料。

目前商业化的低温超导带材主要用于核磁共振成像仪、加速器磁体等方面。

由于低温超导材料的临界温度在绝对温度十几K以下，需要在液氦中工作，而液氦及其制冷费用昂贵，所以其应用受到很大的限制。

表一国际超导电力技术发展现状美国超导公司的带材缠绕在同等载流能力的铜绞线上高温超导带材由于其临界温度在绝对77K以上，可以在廉价的液氮环境中使用，大大降低了运营成本，因此其应用前景十分可观。

例如高温超导材料远远超过常规导体的大电流承载能力（比铜高100倍，见上图），使人们对其在强电、强磁领域中的应用报有极大的希望。

CORC超导电缆绕制力学行为及多场环境下的力-电性能研究

CORC超导电缆绕制力学行为及多场环境下的力-电性能研究CORC超导电缆绕制力学行为及多场环境下的力-电性能研究随着能源需求的增长和环境保护的需要，超导技术逐渐成为改变能源传输与储存方式的关键技术之一。

CORC （Conductor on Round Core）超导电缆由于其高电导率和耐高磁场性能成为当今最具潜力的超导电缆。

CORC超导电缆具有多领域应用的特点，然而在其应用过程中，充分了解其绕制力学行为及多场环境下的力-电性能对于CORC超导电缆的设计和优化至关重要。

本文将探讨CORC超导电缆的绕制力学行为以及在多场环境下的力学-电性能。

首先，我们需要了解CORC超导电缆的绕制力学行为。

CORC超导电缆的绕制是将超导线圈绕绕在一个圆形芯子上，通过绝缘层来隔离不同层次的超导线圈。

在绕制过程中，绕制力对CORC超导电缆的性能会产生重要影响。

绕制力的大小和方向会影响超导线圈的压缩和变形情况，进而影响超导电缆的电性能。

因此，了解CORC超导电缆的绕制力学行为是设计和制造高性能CORC超导电缆的前提。

其次，在多场环境下研究CORC超导电缆的力学-电性能也是必要的。

多场环境中，CORC超导电缆需要承受磁场、温度和挠曲等多种力学载荷。

这些力学载荷对CORC超导电缆的电性能会产生影响。

例如，磁场会引起超导材料中的电流运动，从而产生能量损耗和热效应。

温度变化也会引起超导材料的电阻率变化，进而影响超导电缆的电导率和临界电流。

挠曲载荷会导致超导线圈形变，从而影响超导电缆的电性能。

因此，在多场环境下研究CORC超导电缆的力学-电性能，有助于理解CORC超导电缆的性能特点，为其应用提供参考。

最后，我们需要研究CORC超导电缆的力学-电性能以优化其设计。

了解CORC超导电缆的力学性能对于保证超导线圈的性能和可靠性至关重要。

设计中合理选择超导线圈的材料、绝缘层的参数以及绕制过程中的力学条件，能够提高CORC超导电缆中超导线圈的电导率和临界电流。

超高速开断短路电流的新设备——DXK1短路电流限流开断器

目前技术成熟且经济实用的是采用爆破切割原理的高压限流器。在国外有德国ＡＢＢ公司的Ｉ。一１ｉｍｉｔｅｒ、美国Ｇ＆Ｗ公司的Ｃｌｉｐ等产晶，有上千套在运行之中。鉴于国外产品价格昂贵、部分技术已显落后．国家电力公司于２００１年下达“混合式高压限流开断器研制”科研项目．承担单位为陕西省电力公司，实施单位为西北电力试验研究院（现陕西省电力科学研究院）。
产品在国家高压电器质量监督检测中心的发电机回路通过了８０ｋＡ大电流开断试验．振荡回路的摸底试验已达到１２ｋＶ／１２０ｋＡ及２０ｋＶ／１００ｋＡ的开断能力．同时通过了其它项目的型式试验．于２００５年４月通过国家电网公司组织的验收。产品在陕西电网进行了推广应用．取得了良好的运行业绩，产品价格仅为同类进口产品的１，３．具有显著的经济效益和社会效益．受到用户的好评。
快速隔离器１和特种高压限流熔断器２在电气上是并联的．由于前者的主回路电阻仅为后者的数百分
万方数据
图２ＤＸＫｌ限流器外形
各部分的动作时序如图３所示。图中，实线为预期短路电流，阴影部分为限流后的实际短路电流：图中：０～￡。为电子控制器响应时间，￡。～￡：为快速隔离器
㈨幢旧旧旧旧圜２００６，Ｎｏ．３·月刊
（４）具有联动和远传动作信号功能。限流器动作后的联动接点可用于断路器的跳闸或闭锁．防止非全相运行和进行远方报警。
（５）安装方式灵活、更换备品方便。
５ＤＸＫｌ限流器在电力系统的典型应用
５．１由ＤＸＫｌ旁路限流电抗器。构成零损耗限流装置由通用限流电抗器与ＤＸＫｌ并联而成．其接线见
图５、应用实例照片见图６。
０概述
近年来．我国电力系统的短路电流水平随着电源
目前限制短路电流的主要措施有：采用限流电抗器、采用高阻抗变压器或改变运行方式。这些方法的主要缺点是增加能耗、降低电能质量、降低了供电能力及供电可靠性。所以研制和应用可以限制电力系统特大短路电流、并可将其超高速开断的新型设备（简称限流器或ＦＣＬ：ＦａｕｌｔＣｕｎ伽【ｔＬｉｍｉｔｅｒ）是电力工业发展的必然。是电力企业和大电力用户的迫切要求，也是国内外的热门话题．

超流(涡旋)

量子传感器
超流体展现出独特的量子特性,如量子干涉、量子隧穿等。研究人员利用这些量子效应,开发了一系列高精度的传感器, 如超导量子干涉仪 (SQUID)、原子钟等,用于测量磁场、重力、时间频率等物理量。
光学成像系统
超流体往往表现出复杂的流场结构,需要采用先进的成像技术进行观察和分析。研究人员使用激光干涉仪、高速摄像机等光学装置,能够捕捉超流体中涡旋、声波等微细的动态过程。
药物输送
基于超流体的无阻抗输送特性,可研发新型药物输送系统,提高药物在目标组织的吸收效率和生物利用度。
超流在实验物理中的应用
仪器分析
利用超流现象,可以设计出超灵敏的温度计、压力计等高精度测量仪器,广泛应用于物理实验和科学研究。
量子效应
超流体系蕴含丰富的量子力学特性,可作为探索量子力学基础理论的绝佳平台,如量子隧穿、量子干涉等。
低温实验技术
探索超流需要精密的低温实验设备和细致的测量技术,如使用液氦和液氢在极低温下制冷。这些实验手段为发现和认知超流现象做出了关键贡献。
超流的现象及应用
超流是一种具有独特性质的物态,它可以展现出无阻尼流动、量子隧穿等奇异现象。这些现象不仅丰富了我们对物质性质的理解,也为众多领域提供了新的应用机遇。
是由于超流的量子性质导
应,是超流的另一个量子
致的。这些量子涡旋在超
特性,在多种超流现象中
流动力学中起重要作用。
都有体现。
超流与低温物理
超流和氦液 II
超流是在极低温下出现的一种特殊状态,第一次被发现于液氦 II。它展现出无粘滞流动、热超导等独特特性, 深刻影响了低温物理的发展。
超流与超导
超流与超导现象有密切联系,都源于量子效应在低温下的独特表现。它们共享共振对的凝聚态和相干性,揭示了量子物理在宏观尺度的深奥规律。

人教版(2019)必修第三册《第12章_电能_能量守恒定律》2024年单元测试卷(4)+答案解析

人教版（2019）必修第三册《第12章电能能量守恒定律》2024年单元测试卷（4）一、单选题：本大题共5小题，共20分。

1.关于电源电动势，下列说法正确的是()A.电动势就是电源供给电路的能量B.电动势反映出电源将其它形式能转化成电能的本领C.电源接入电路时，其两端的电压就是电源电动势D.电动势的大小一定等于电路中的电流与全电路电阻的乘积2.在如图所示电路中，电源电动势为10V，内阻为，指示灯的阻值为，电动机M线圈电阻为，当开关S闭合时，电动机正常工作，指示灯的电功率为4W，电流表为理想电表，那么下列说法中正确的是()A.流过电动机M的电流为B.电动机机械功的功率为12WC.电动机的机械效率为D.电源的输出功率为16W3.随着生活条件的改善，越来越多的人喜欢上了电动牙刷如图所示，电动牙刷通过电动机芯的快速旋转或振动，使刷头产生高频振动，瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝，与此同时，刷毛的颤动能促进口腔的血液循环，对牙龈组织有按摩效果。

下列表格中是一款充电式电动牙刷铭牌上的参数，下列选项正确的是()充电器输入电压AC220V充电器输出电压DC5V充电器输出电流50mA电池容量电动牙刷额定功率电动牙刷额定电压A.电动牙刷工作时的额定电流为50mAB.正常刷牙，牙刷每次消耗的能量约为C.电池充满电后总电量为600CD.电动牙刷充电时，从无电状态到满电状态所需时间约为12h4.半导体薄膜压敏传感器所受压力越大其电阻越小，利用这一特性设计成苹果大小自动分拣装置如图所示，装置可选出单果质量大于一定标准的苹果。

为固定转动轴，苹果通过托盘秤时作用在杠杆上从而使压敏传感器受到压力，为可变电阻。

当放大电路的输入电压大于某一个值时，电磁铁工作将衔铁吸下并保持此状态一小段时间，苹果进入通道2，否则苹果将进入通道1。

下列说法正确的是()A.选出的质量大的苹果将进入通道1B.若将的电阻调大，将挑选出质量更大的苹果C.若电源内阻变大，将挑选出质量更大的苹果D.若电源电动势变大，将挑选出质量更大的苹果5.如图所示的电路中，电源电动势为E，内电阻为r，L为小灯泡其灯丝电阻可以视为不变，和为定值电阻，为光敏电阻，其阻值的大小随照射光强度的增强而减小．闭合开关S后，将照射光强度增强，则()A.电路的路端电压将增大B.灯泡L将变暗C.两端的电压将增大D.两端的电压将增大二、多选题：本大题共4小题，共16分。