專利名稱：一種高溫超導(dǎo)高壓變壓器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變壓器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高溫超導(dǎo)高壓變壓器，及其作 為低電流高壓電源的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
由于利用傳統(tǒng)銅質(zhì)導(dǎo)線繞制的變壓器線圈具有較高的內(nèi)阻，電流傳導(dǎo)密度 低，導(dǎo)致了當(dāng)高壓變壓器的次級線圈需要產(chǎn)生非常高的輸出電壓時，其初級線 圏功耗大，且所需輸入電壓較高，不能在容易實現(xiàn)的低輸入電壓條件下工作， 且功耗大，因此實際運行不方便且成本高。隨著高溫超導(dǎo)材料及其相應(yīng)技術(shù)的 發(fā)展，制作高溫超導(dǎo)大電流低電阻損耗線圈已可實現(xiàn)。利用高溫超導(dǎo)技術(shù)，可 以設(shè)計制作高壓或超高壓變壓器，使其供電電源電壓和功率降低，以及變壓器 自身損耗降低。
公開號為CN 1787131A，名為"超導(dǎo)變壓器"的發(fā)明專利，公開了一種包 括有鐵心、超導(dǎo)線圈和低溫容器的超導(dǎo)變壓器。但該專利技術(shù)中的初級線圈和 次級線圏均采用需要冷卻的高溫超導(dǎo)體，為電力(電網(wǎng))應(yīng)用型，其線圈繞制 圈數(shù)相對較少，且由于其結(jié)構(gòu)特點，無法在低輸入電壓條件下得到非常高的輸 出電壓，而不能用以作為專用于產(chǎn)生高壓的變壓器
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有傳統(tǒng)變壓器和超導(dǎo)變壓器技術(shù)的不足，提供一 種利用復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制大電流初級線圏、使得需求工作電壓降低、損耗 降低、能夠輸出低電流的高壓或超高壓的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，以及將制得的 高溫超導(dǎo)高壓變壓器作為一種具有普遍應(yīng)用意義的低電流高壓電源，應(yīng)用于任 何需要高電壓低電流的場合。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種高溫超導(dǎo)高壓變壓器，包括鐵心、初級線圏和次級線圏，初級線圈通 過大電流引線與外部電源相連，次級線圈通過高壓輸出端口輸出高壓電；初級 線圏由復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)初始帶材繞制，是大電流低電阻損耗線圈， 次級線圈采用傳統(tǒng)高壓線圈技術(shù)繞制；初級線圈置于低溫容器中，利用制冷液 或制冷機(4K-室溫范圍溫度可控)冷卻。制冷機冷卻采用傳導(dǎo)制冷工作模式， 制冷液冷卻采用簡便浸泡方案。
由于初級線圈釆用了復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)初始帶材，與繞制線圈 的傳統(tǒng)銅導(dǎo)線相比，傳導(dǎo)電流密度大大提高，可大大減少初級線圈的圈數(shù)和體 積，同時減少了初級線圈的電阻損耗，即1211 0，效率提高；由于提高傳導(dǎo)電流 密度和減小電阻損耗，降低了對供電電源電壓的要求，因而所述高溫超導(dǎo)高壓 變壓器正常工作的技術(shù)要求更易實現(xiàn)，實用性更好。次級線圈仍然采用有多圏 特點的傳統(tǒng)高壓線圏技術(shù)而非復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制，次級線圈圈數(shù)較多，易 產(chǎn)生低電流的高壓或超高壓輸出。又由于初級線圈的電流密度大大提高，獲得 相同功率和輸出電壓所需的初級線圏圈數(shù)大大減少，進而使得次級線圈的圈數(shù) 相對于非超導(dǎo)變壓器的次級線圈圏數(shù)而言大大減少，導(dǎo)致次級線圈的內(nèi)耗降低，并減少次級線圈的回路電阻，大大提高所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器的性能和使用 效果。
所述復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是利用填充封灌強化工藝或附加保護套強化工 藝等，將高溫超導(dǎo)多帶材強化基體與高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套連接復(fù)合而成， 高溫超導(dǎo)多帶材強化基體上通過高溫超導(dǎo)帶材強化基帶復(fù)合有高溫超導(dǎo)初始帶 材。所述高溫超導(dǎo)初始帶材可以是含有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯或單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)
線，或基于鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2金屬包套超導(dǎo)
導(dǎo)線等。所述含有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是
(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu301()+x,芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或(Bi,Pb)2Sr2Ca!Cu208.x多芯高溫超導(dǎo) 導(dǎo)線等；所述含有金屬包套結(jié)構(gòu)的單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是 (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu30,x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或(Bi,Pb)2Sr2CaiCii208-x單芯高溫超導(dǎo) 導(dǎo)線等；所述基于鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是 Y!Ba2Cu307.x鍍膜導(dǎo)線等；所述MgB2金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線可以是MgB2多芯金屬 包套超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線等。
所述復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線和高溫超導(dǎo)初始帶材，在77K的工作溫度下，臨界 工程電流密度Je比傳統(tǒng)銅導(dǎo)線高l-2個數(shù)量級，達到104A/cm2。幾種可供實際 選用的高溫超導(dǎo)初始帶材(1)利用粉末裝管技術(shù)制備的(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu30K)化 (Tc 110K)或(Bi,Pb)2Sr2Ca!Cu20s-x ( TC 85K )金屬包套高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，也即 Bi(Pb)SrCaCuO (Bi-2223/Ag或Bi-2212/Ag)鉍系套銀導(dǎo)線。其基本產(chǎn)品導(dǎo)線結(jié) 構(gòu)為單芯或多芯帶狀導(dǎo)線(通常截面如 3mmx0.3mm)。多芯導(dǎo)錢具有更好的實 用特性，在77K液氮溫度下已具有很高的臨界工程電流密度Je l(^A/cm2,已達到了實用化的水平。(2 )釔系鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線一Y-123/基體，即YiBa2Cu307.x (Tc 92K)鍍膜導(dǎo)線。其主要制備工藝如下?；鶐Ъ翱棙?gòu)化襯底的制備方法為 離子束輔助沉積(Ion Beam-Assisted Deposition, IBAD)，軋制輔助雙軸織構(gòu) (Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrate, RABiTS),傾在?；鵡反沉積法(Inclined Substrate Deposition, ISD)和織構(gòu)化銀或銀合金基板等。在基帶襯底上的隔離層上 或在輥軋輔助雙軸織構(gòu)襯底(Ni)上進行超導(dǎo)鍍膜或涂層形成超導(dǎo)導(dǎo)線，借助物理 或化學(xué)制膜方法如PLD、 PLA、 IBS、 MS、 EBV、 TCE、 MOCVD、 MOD、 CVD、 CSD、 VSD、 SP、和Sol-Gel等，完成所述釔系Y-123/基體鍍膜或涂層導(dǎo)線的制 備。這類導(dǎo)線具有比(1)更高的臨界電流密度，Je 105A/cm2-77K。 (3) 二 硼化鎂金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線一MgB2 (Tc 39K)。這種導(dǎo)線的運行需要較低的溫度， 如采用致冷機工作^t式，或利用液氫冷卻方案，或利用液氖冷卻方案，或利用 液氦冷卻方案。
所述復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，可以是上述高溫超導(dǎo)初始帶材，也可以是它們的 組合，與多種金屬或合金材料組成的不同基體，按多種不同的結(jié)構(gòu)，復(fù)合構(gòu)成 的具有更高工作電流、更好機械特性、更好保護和更好穩(wěn)定性的實用高溫超導(dǎo) 導(dǎo)線。具體可以是在高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套的槽內(nèi)置有若干高溫超導(dǎo)多 帶材強化基體，在每一個高溫超導(dǎo)多帶材強化基體上復(fù)合有若干高溫超導(dǎo)帶材 強化基帶，在每一個高溫超導(dǎo)帶材強化基帶上復(fù)合有一高溫超導(dǎo)初始帶材，然 后將固化填充物利用填充封灌強化工藝，如利用低熔點焊錫等良導(dǎo)體材料對高 溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套上置有若干高溫超導(dǎo)多帶材強化基體的槽內(nèi)進行封灌 保護強化和固化，制得復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線；或在高溫超導(dǎo)多帶材強化基體上復(fù)合有若干高溫超導(dǎo)帶材強化基帶，在每一個高溫超導(dǎo)帶材強化基帶上復(fù)合有一 高溫超導(dǎo)初始帶材，然后利用附加保護套強化工藝，將高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保
護套與加厚的高溫超導(dǎo)多帶材強化基體卡接，制得復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線；等等。 其中，高溫超導(dǎo)帶材強化基帶、高溫超導(dǎo)多帶材強化基體、高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線 外保護套均可采用金屬材質(zhì)，可以是鋼、銅、銅合金、銀、銀合金、鋁等。所 述高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套具有機械保護功能和失超分流的旁路功能。
利用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制的大電流初級線圈可以是螺線管式線圈，或單餅式 線圈，或超導(dǎo)連接雙餅式線圈，或單餅式線圈與單餅式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù) 合餅式線圈，或單餅式線圈與超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線 圈，或超導(dǎo)連接雙餅式線圈與超導(dǎo)連接雙餅式線圏串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線 圈，或螺線管式線圏與單餅式線圏串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈，或螺線管式 線圈與超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈，或螺線管式線圏與 超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)再與單餅式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈。所述 超導(dǎo)連接雙餅式線圈是利用已絕緣處理的復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)初始帶 材，以中點為對稱點，在不折斷復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)初始帶材、和不 破壞復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)初始帶材超導(dǎo)性的條件下，復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo) 線或高溫超導(dǎo)初始帶材的兩段分別沿著線圏骨架的徑向互為反向纏繞，形成等 效于兩個單餅式線圏串聯(lián)的雙餅式線圈，且兩餅間具有絕緣層。所述超導(dǎo)連接 雙餅式線圈相對于單餅式線圏的優(yōu)點為，由于兩餅之間為復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或 高溫超導(dǎo)初始帶材無間斷連接，所以比兩個單餅式線圈之間的普通常導(dǎo)連接減 小了電阻和熱效應(yīng)，進而減少了多單元組合連接中的電阻接點和總的接點發(fā)熱量。
所述大電流引線是大電流低損耗引線，可以是傳統(tǒng)材料的大電流引線，或 利用絕緣帶包裹巻繞復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)初始帶材制備，或由高溫超 導(dǎo)塊形材料制備等等，然后用環(huán)氧樹脂進行固化和保護處理。所述絕緣帶可以
是開普頓薄膜帶或玻璃纖維帶等；所述高溫超導(dǎo)塊形材料可以是Bi-2223,或 Bi-2212,或Y-123,或MgB2等。通過在高溫超導(dǎo)材料制備工藝中加入高壓(等 靜壓)和燒結(jié)工藝方法，使制得的所述高溫超導(dǎo)塊形材料與常導(dǎo)接頭(如金屬 片，可以是銀或銀合金等)之間形成堅固有效的連接。
所述低溫容器可以是玻璃鋼高真空夾層杜瓦低溫箱，或內(nèi)置絕熱層(如泡 沫材料等)外有強化殼的非真空非金屬低溫筒等。所述制冷液可以是液氮、或 液氫、或液氖、或液氬、或液氧、或液氦、或液化空氣等。當(dāng)所述高溫超導(dǎo)初 始帶材是MgB2金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線時，所述制冷液為液氬、或液氖、或液氦。對 于如50赫茲的低頻應(yīng)用，所述鐵心可以是通常的硅鋼片鐵心，或電工鋼帶，或 非晶合金，或坡膜合金等；而對于高頻應(yīng)用，所述鐵心可以是通常的鐵氧體鐵 心等。
所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器屬于低電流高電壓型電源變壓器，主要應(yīng)用于產(chǎn) 生高壓或超高壓，作為一種普遍適用的低電流高壓電源適用于任何需要低電流 和高電壓的場合，可應(yīng)用于高壓絕緣測試實驗系統(tǒng)或高壓放電實驗系統(tǒng)等。所 述高溫超導(dǎo)高壓變壓器只是通過在初級線圈上引入高溫超導(dǎo)體，其次級線圈仍 采用傳統(tǒng)導(dǎo)線的有多圏特點的高壓繞組，初級線圈只要很少幾圈高溫超導(dǎo)繞組， 為一種具有實用性的新型低電流高壓變壓器。與通常電力變壓器的屬性不同，本發(fā)明的高溫超導(dǎo)高壓變壓器是用于產(chǎn)生低電流性質(zhì)的高輸出電壓，屬于高壓 電源變壓器，不是用于電力傳輸系統(tǒng)的電力變壓器。本發(fā)明的高溫超導(dǎo)高壓變 壓器的次級線圈由于是低電流高電壓的情況，由于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線特征和絕緣等 問題，不宜采用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是利用復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超 導(dǎo)初始帶材繞制大電流初級線圈而制得的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，不僅初級電流 容量大、需求工作電壓低、損耗低、能夠輸出低電流的高壓或超高壓，同時由 于引入高溫超導(dǎo)初級線圈使得次級線圏的回路電阻和內(nèi)耗降低，而且體積小、 成本低、制備可行、操作簡便、易維護、實用性好；可將制得的高溫超導(dǎo)高壓 變壓器作為一種具有普遍應(yīng)用意義的低電流高壓電源，應(yīng)用于任何需要高電壓 寸氐電流的場合。


圖1是采用制冷液冷卻的高溫超導(dǎo)高壓變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是采用制冷機冷卻的高溫超導(dǎo)高壓變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是利用填充封灌強化工藝制備的復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是利用附加保護套強化工藝制備的復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是初級線圏為超導(dǎo)連接雙餅式線圏的剖面示意圖。
圖6是初級線圈為螺線管式線圈的剖面示意圖。
圖7是利用絕緣帶包裹巻繞高溫超導(dǎo)初始帶材制備的大電流引線的俯視圖 和制備示意圖。圖8是由高溫超導(dǎo)塊形材料制備的大電流引線與常導(dǎo)接頭連接方式的示意圖。
圖中標號如下
1鐵心2初級線圏
3次級線圈4低溫容器
5大電流引線6制冷機
7高壓^r出端口8復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線
9絕緣帶10高溫超導(dǎo)初始帶材
11高溫超導(dǎo)帶材強化基帶12高溫超導(dǎo)多帶材強化基體
13高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套14線圈骨架
15制冷液16制冷液液面計
17制冷液進口18制冷液出口
19保險閥20測控線端口
21固化填充物22導(dǎo)線槽
23絕緣層24金屬片
25高溫超導(dǎo)塊形材料26真空抽氣孔
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作進一步的描述。 實施例1
如圖1、圖3、圖5、圖7所示。制備100000V/0.5A/50Hz的高溫超導(dǎo)高壓變壓器電源。所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器，包括鐵心1、初級線圏2和次級線圈3， 初級線圈2通過大電流引線5與外部電源相連，次級線圈3通過高壓輸出端口 7 輸出高壓電；初級線圈2由復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8繞制，是大電流低電阻損耗線 圈，次級線圏3采用傳統(tǒng)高壓線圈技術(shù)繞制；初級線圈2置于低溫容器4中， 利用制冷液15冷卻。所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器的具體數(shù)據(jù)如下，構(gòu)成一種單相 低初級電源電壓的實用高壓變壓器。 所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器設(shè)計參數(shù)
規(guī)格初級工作電壓0-220V,初級線圏2的圈數(shù)為10圈；次級線圈3輸出 100 kV電壓，0.5A電流；
鐵心1:硅鋼片鐵心，長1^2m，高H-2m，截面0.2mx0.2m; 最大功率50000VA (變壓器效率，如選99.9%);
磁路鐵心1在額定工作點的磁感應(yīng)強度B 1.7 T,相對磁導(dǎo)率^ 4000， 磁場強度H: 338.2 A/m;
初級線圏2電流I！ = 257.0 A; 初級線圏2電壓V, = 194.6 V;
次級線圈3的圈數(shù)采用銅漆包線繞制，>^2 = 5139圈。
復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8:利用填充封灌強化工藝制備，即在高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線 外保護套13的槽內(nèi)復(fù)合有兩個高溫超導(dǎo)多帶材強化基體12，在每一個高溫超導(dǎo) 多帶材強化基體12上復(fù)合有三個高溫超導(dǎo)帶材強化基帶11,在每一個高溫超導(dǎo) 帶材強化基帶11上復(fù)合有一高溫超導(dǎo)初始帶材10,然后利用低熔點焊錫作為固 化填充物21對高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套13上置有若干高溫超導(dǎo)多帶材強化基體12的槽內(nèi)進行封灌保護強化和固化，制得復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8;其中，高 溫超導(dǎo)初始帶材10為(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu30n)+x多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，高溫超導(dǎo)帶材 強化基帶11的材質(zhì)為鋼，高溫超導(dǎo)多帶材強化基體12的材質(zhì)為銅，高溫超導(dǎo) 復(fù)合導(dǎo)線外保護套13的材質(zhì)為銅合金。六根臨界電流大于100A的高溫超導(dǎo)初 始帶材IO，與高溫超導(dǎo)帶材強化基帶11、高溫超導(dǎo)多帶材強化基體12、高溫超 導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套13共同復(fù)合成實用的復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8，能充分保證本 實施例要求的工作電 流o
初級線圈2:是利用上述復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8制備的超導(dǎo)連接雙餅式線圈。 所述超導(dǎo)連接雙餅式線圏是利用已絕緣處理的復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8，以中點為對 稱點，對稱點部分置于導(dǎo)線槽22內(nèi)，在不折斷復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8和不破壞復(fù) 合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8超導(dǎo)性的條件下，復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8的兩段分別沿著線圏 骨架14的徑向互為反向纏繞，形成等效于兩個單餅式線圈串聯(lián)的雙餅式線圈， 復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8之間具有絕緣層23。初級線圈2置于作為低溫容器4的玻 璃鋼高真空夾層杜瓦低溫箱中，工作于作為制冷液15的77K液氮中，低溫容器 4的上部開有制冷液進口 17、制冷液出口 18、保險閥19，低溫容器4內(nèi)部還設(shè) 有制冷液液面計16。
大電流引線5:利用開普頓薄膜帶作為絕緣帶9包裹巻繞8根高溫超導(dǎo)初始 帶材10制備，然后用環(huán)氧樹脂進行固化和保護處理；高溫超導(dǎo)初始帶材10為 (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線。
制得的所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器作為低電流高壓電源應(yīng)用于高壓絕緣測試 實驗系統(tǒng)中。實施例2
如圖2、圖4、圖6、圖8所示。制備500000V/0.1A/50Hz的高溫超導(dǎo)高壓 變壓器電源。所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器，包括鐵心1、初級線圈2和次級線圏3, 初級線圈2通過大電流引線5與外部電源相連，次級線圈3通過高壓輸出端口7 輸出高壓電；初級線圈2由復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8繞制，是大電流低電阻損耗線 圏，次級線圈3采用傳統(tǒng)高壓線圈技術(shù)繞制；初級線圈2置于低溫容器4中， 利用制冷機6冷卻。所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器的具體數(shù)據(jù)如下，構(gòu)成一種單相 實用高壓變壓器。
所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器設(shè)計參數(shù)
規(guī)格初級工作電壓0-220V，初級線圏2的圈數(shù)為10圈；次級線圈3輸出 500kV電壓，O.IA電流；
鐵心1:電工鋼帶，長1^2m，高H:2m，截面0.2mx0.2m; 最大功率50000 VA;
磁路在額定工作點的1.7T,相對磁導(dǎo)率^ 4000, H = 338.2 A/m; 初級線圏2電流I！ = 257.0 A; 初級線圈2電壓V, = 194.6 V;
次級線圏3圏數(shù)采用高絕緣強度的紗包漆包銅導(dǎo)線繞制，N2 =25695圈。 復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8:釆用附加保護套強化工藝制備，即在每一個高溫超導(dǎo) 多帶材強化基體12上復(fù)合有三個高溫超導(dǎo)帶材強化基帶11,在每一個高溫超導(dǎo) 帶材強化基帶11上復(fù)合有一高溫超導(dǎo)初始帶材10，然后利用附加保護套強化工 藝，將高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套13與兩個高溫超導(dǎo)多帶材強化基體12卡接，制得復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8;其中，高溫超導(dǎo)初始帶材10為Y,Ba20i307.x鍍膜導(dǎo) 線，高溫超導(dǎo)帶材強化基帶11的材質(zhì)為銀合金，高溫超導(dǎo)多帶材強化基體12 的材質(zhì)為銅，高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套13的材質(zhì)為銅合金。六根臨界電流大 于100A的高溫超導(dǎo)初始帶材10，與高溫超導(dǎo)帶材強化基帶11、高溫超導(dǎo)多帶 材強化基體12、高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套13共同復(fù)合成實用的復(fù)合高溫超導(dǎo) 導(dǎo)線8,能充分保證本實施例要求的工作電流。
初級線圏2:是利用上述復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8制備的螺線管式線圈。線圏骨 架14的外表面均勻分布有螺旋狀的導(dǎo)線槽22,用于固定置于其中的復(fù)合高溫超 導(dǎo)導(dǎo)線8，同時也使相鄰復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8之間絕緣；復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8覆 蓋在線圈骨架14的外表面成為高溫超導(dǎo)層，所述高溫超導(dǎo)層的外表設(shè)有絕緣層 23。初級線圈2置于作為低溫容器4的玻璃鋼高真空夾層杜瓦低溫箱中，低溫 容器4的上部開有真空抽氣孔26,低溫容器4的內(nèi)部為真空，低溫容器4上設(shè) 有測控線端口 20。
大電流引線5:由長條形的鉍系Bi-2223作為高溫超導(dǎo)塊形材料25制備， 然后用環(huán)氧樹脂進行固化和保護處理。大電流引線5在高溫超導(dǎo)材料制備過程 中，采用高壓和燒結(jié)工藝方法，進行常導(dǎo)接頭金屬片24與高溫超導(dǎo)塊形材料25 連接，使高溫超導(dǎo)與常導(dǎo)接頭形成堅固有效的連接；金屬片24為銀片。
制得的所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器作為低電流高壓電源應(yīng)用于高壓放電實驗 系統(tǒng)中。
實施例3
與實施例l相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于鐵心l為非晶合金。初級線圈2由高溫超導(dǎo)初始帶材10繞制。高溫超導(dǎo)初始帶材10為 (Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu30K)+x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線。初級線圈2是利用上述高溫超導(dǎo)初始 帶材10制備的單餅式線圈。大電流引線5是利用玻璃纖維帶作為絕緣帶9包裹 巻繞利用填充封灌強化工藝制備的復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線8制備。初級線圏2置于 作為低溫容器4的內(nèi)置泡沫材料絕熱層、外有強化殼的非真空非金屬低溫筒中， 工作于作為制冷液15的87K液氬中。 實施例4
與實施例l相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于鐵心l為坡膜合金。 初級線圈2由高溫超導(dǎo)初始帶材10繞制。高溫超導(dǎo)初始帶材10為 (Bi,Pb)2Sr2CaiCu208-x多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線。初級線圈2是利用上述高溫超導(dǎo)初始 帶材10制備的單餅式線圏與單餅式線圏串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圏。大電流 引線5由圓柱形的鉍系Bi-2212作為高溫超導(dǎo)塊形材料25制備；在高溫超導(dǎo)材 料制備過程中，采用高壓和燒結(jié)工藝方法，進行常導(dǎo)接頭金屬片24與高溫超導(dǎo) 塊形材料25連接，金屬片24為銀合金片。初級線圈2工作于作為制冷液15的 液化空氣中。
實施例5
與實施例1相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于鐵心1為鐵氧體鐵 心。初級線圏2由高溫超導(dǎo)初始帶材10繞制。高溫超導(dǎo)初始帶材10為MgB2 多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線。初級線圈2是利用上述高溫超導(dǎo)初始帶材10制備的單 餅式線圏與超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圏。大電流引線5 由圓環(huán)形的釔系Y-123作為高溫超導(dǎo)塊形材料25制備；在高溫超導(dǎo)材料制備過程中，采用高壓和燒結(jié)工藝方法，進行常導(dǎo)接頭金屬片24與高溫超導(dǎo)塊形材料 25連接，金屬片24為銀合金片。初級線圈2工作于作為制冷液15的20K液氫 中。
實施例6
與實施例1相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于初級線圈2由高溫 超導(dǎo)初始帶材10繞制。高溫超導(dǎo)初始帶材10為MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線。 初級線圈2是利用上述高溫超導(dǎo)初始帶材10制備的超導(dǎo)連接雙餅式線圈與超導(dǎo) 連接雙餅式線圏串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈。大電流引線5由方形的MgB2 作為高溫超導(dǎo)塊形材料25制備；在高溫超導(dǎo)材料制備過程中，采用高壓和燒結(jié) 工藝方法，進行常導(dǎo)接頭金屬片24與高溫超導(dǎo)塊形材料25連接，金屬片24為 銀合金片。初級線圈2工作于作為制冷液15的4K液氦中。
實施例7
與實施例1相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于初級線圈2由高溫 超導(dǎo)初始帶材10繞制。高溫超導(dǎo)初始帶材10為(Bi，Pb)2Sr2Ca!Cu20s.x單芯高溫 超導(dǎo)導(dǎo)線。初級線圈2是利用上述高溫超導(dǎo)初始帶材IO制備的螺線管式線圏與 單餅式線圏串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圏。初級線圏2工作于作為制冷液15的 27K液氖中。
實施例8
與實施例1相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于初級線圈2是螺線 管式線圏與超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圏。初級線圏2工 作于作為制冷液15的90K液氧中。實施例9
與實施例1相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于初級線圈2是螺線 管式線圏與超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)再與單餅式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式 線圏。
權(quán)利要求
1. 一種高溫超導(dǎo)高壓變壓器，包括鐵心(1)、初級線圈(2)和次級線圈(3)，初級線圈(2)通過大電流引線(5)與外部電源相連，次級線圈(3)通過高壓輸出端口(7)輸出高壓電，其特征在于初級線圈(2)由復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(8)或高溫超導(dǎo)初始帶材(10)繞制，是大電流低電阻損耗線圈，次級線圈(3)采用傳統(tǒng)高壓線圈技術(shù)繞制；初級線圈(2)置于低溫容器(4)中，利用制冷液(15)或制冷機(6)冷卻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo) 線(8)是利用填充封灌強化工藝或附加保護套強化工藝將高溫超導(dǎo)多帶材 強化基體(12)與高溫超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線外保護套(13 )連接復(fù)合而成，高溫超 導(dǎo)多帶材強化基體(12)上通過高溫超導(dǎo)帶材強化基帶(11 )復(fù)合有高溫超 導(dǎo)初始帶材(10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于高溫超導(dǎo)初 始帶材(10)是含有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯或單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或基于鍍膜 高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線；所述 含有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線是(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu30K)+x多芯高溫超 導(dǎo)導(dǎo)線，或(Bi,Pb)2Sr2Ca!Cu208《多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線；所述含有金屬包套結(jié)構(gòu) 的單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線是(Bi,Pb)2Sr2Ca2CU301()+x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或 (Bi,Pb)2Sr2CaiCu208—x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線；所述基于鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制 備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線是YiBa2Cu30^鍍膜導(dǎo)線；所述MgB2金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線 是MgB2多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于初級線圈(2 )是螺線管式線圈，或單餅式線圏，或超導(dǎo)連接雙餅式線圏，或單餅式線圈與 單餅式線圏串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈，或單餅式線圈與超導(dǎo)連接雙餅式 線圏串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈，或超導(dǎo)連接雙餅式線圈與超導(dǎo)連接雙餅 式線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈，或螺線管式線圈與單餅式線圈串聯(lián)組 合而成的復(fù)合餅式線圈，或螺線管式線圈與超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)組合而 成的復(fù)合餅式線圈，或螺線管式線圈與超導(dǎo)連接雙餅式線圈串聯(lián)再與單餅式 線圈串聯(lián)組合而成的復(fù)合餅式線圈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于所述超導(dǎo)連接雙 餅式線圈是利用復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(8)或高溫超導(dǎo)初始帶材(10)，以中點 為對稱點，在不折斷復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(8)或高溫超導(dǎo)初始帶材(10)、和 不破壞復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(8)或高溫超導(dǎo)初始帶材(10)超導(dǎo)性的條件下， 復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(8)或高溫超導(dǎo)初始帶材(10)的兩段分別沿著線圈骨 架(14)的徑向互為反向纏繞，形成等效于兩個單餅式線圈串聯(lián)的雙餅式線 圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于大電流引線(5)是利用絕緣帶(9)包裹巻繞高溫超導(dǎo)初始帶材(10)或復(fù)合高溫超導(dǎo) 導(dǎo)線(8)制備，或由高溫超導(dǎo)塊形材料(25)制備，然后用環(huán)氧樹脂進行 固化和保護處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于絕緣帶(9)為 開普頓薄膜帶或玻璃纖維帶；高溫超導(dǎo)塊形材料(25 )是Bi-2223,或Bi-2212， 或Y-123,或MgB2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于低溫容器(4) 為玻璃鋼高真空夾層杜瓦低溫箱，或內(nèi)置絕熱層外有強化殼的非真空非金屬 j氐溫筒；制冷液(15)為液氮、或液氫、或液氖、或液氬、或液氧、或液氦、 或液化空氣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器，其特征在于當(dāng)高溫超導(dǎo)初始 帶材(10)是MgB2金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線時，制冷液(15)為液氫、或液氖、 或液氦。
10. 如權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)高壓變壓器應(yīng)用于所述高溫超導(dǎo)高 壓變壓器屬于低電流高電壓型電源變壓器，作為低電流高壓電源應(yīng)用于高壓 絕緣測試實驗系統(tǒng)或高壓放電實驗系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫超導(dǎo)高壓變壓器及其作為低電流高壓電源的應(yīng)用。所述高溫超導(dǎo)高壓變壓器，包括鐵心、初級線圈和次級線圈，初級線圈通過電流引線與外部電源相連，次級線圈通過高壓輸出端口輸出高壓電；初級線圈由復(fù)合高溫超導(dǎo)導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)初始帶材繞制，是大電流低電阻損耗線圈，次級線圈采用傳統(tǒng)高壓線圈技術(shù)繞制；初級線圈置于低溫容器中，利用制冷液或制冷機冷卻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅初級電流容量大、需求工作電壓低、損耗低、次級能夠在低電流的情況下高效地輸出更高的高壓，而且體積小、成本低、制備可行、操作簡便、易維護、實用性好；并可作為一種具有普遍應(yīng)用意義的低電流高壓電源，應(yīng)用于任何需要高電壓低電流的場合。
文檔編號H01F36/00GK101447325SQ200710050630
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者金建勛 申請人:電子科技大學(xué)