專利名稱：一種高溫超導大電流變壓器及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于變壓器技術領域，特別涉及一種高溫超導大電流變壓器，及其 作為大電流低壓電源的應用。
背景技術：
由于利用傳統銅質導線繞制的變壓器線圈具有較高的內阻，電流傳導密度 較低，導致了當變壓器的次級線圈需要產生非常大電流的輸出時，次級線圈的
功耗fR很大，繞組圈數體積也非常大，因此實際運行成本高、整體體積大，無 法實現高效的設計。隨著高溫超導材料及其相應技術的發展，制作高溫超導大 電流低電阻損耗線圈已可實現。利用高溫超導技術，可以設計制作低損耗的大 電流變壓器。
公開號為CN 1787131A,名為"超導變壓器，，的發明專利，公開了一種包 括有鐵心、超導線圈和低溫容器的超導變壓器。但該專利技術中的初級線圏和 次級線圈均采用需要冷卻的高溫超導體，其結構和設計方案為電力(電網)應 用型，不能用以作為專用于產生大電流的電源變壓器。
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種利用高溫超導材料繞制 大電流次級線圈、使得次級電流容量增大、電阻損耗降低、能夠輸出大電流低電壓的高溫超導大電流變壓器，以及將制得的高溫超導大電流變壓器作為 一種 具有普遍應用意義的大電流低壓電源，應用于任何需要大電流的場合。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下
一種高溫超導大電流變壓器，包括《失心、初級線圈和次級線圈，初級線圈 通過高壓輸入端口與外部電源相連，次級線圈通過大電流引線輸出大電流低壓 電；次級線圈由復合高溫超導導線、或高溫超導初始帶材、或高溫超導大電流 電纜導線繞制，是大電流低電阻損耗線圈，初級線圈采用傳統線圈技術繞制； 次級線圏置于低溫容器中，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制冷工作模式，制冷液冷卻釆用筒便浸泡方案。所述初級 線圈也可采用復合高溫超導導線繞制，或采用高溫超導初始帶材繞制，并與次 級線圏同時置于低溫容器中，利用制冷液或制冷機冷卻。
由于次級線圈采用了高溫超導大電流電纜導線或復合高溫超導導線或高溫 超導初始帶材，與傳統繞制線圈的銅導線相比，傳導電流密度大大提高，可大 大減少次級線圈的圏數和體積，同時減少了次級線圏的電阻損耗，即1211 0，效 率顯著提高，實用性更好。
所述高溫超導大電流電纜導線是由高溫超導大電流電纜導線基體與復合高 溫超導導線復合而成，高溫超導大電流電纜導線基體外復合有外保護套；高溫 超導大電流電纜導線內部還可以開有制冷液流動槽，所述制冷液流動槽可以是 供制冷液單向或雙向流動的通道。所述復合高溫超導導線是由高溫超導多帶材 強化基體與外保護套連接復合而成，高溫超導多帶材強化基體上通過高溫超導 帶材強化基帶復合有高溫超導初始帶材。所述高溫超導初始帶材可以是含有金屬包套結構的多芯或單芯高溫超導導線，或基于鍍膜高溫超導導線工藝制備的
高溫超導導線，或MgB2金屬包套超導導線，或MgB2薄膜超導導線等。所述含 有金屬包套結構的多芯高溫超導導線可以是(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cii30u)+x多芯高溫超 導導線，或(Bi，Pb)2Sr2Ca,Cu20s-x多芯高溫超導導線等；所述含有金屬包套結構 的單芯高溫超導導線可以是(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu30察x單芯高溫超導導線，或 (Bi，Pb)2Sr2CaiCu208-x單芯高溫超導導線等；所述基于鍍膜高溫超導導線工藝制 備的高溫超導導線可以是Y,Ba2Cu30k鍍膜導線等；所述MgB2金屬包套超導導 線可以是MgB2多芯金屬包套超導導線，或MgB2單芯金屬包套超導導線等。
所述復合高溫超導導線和高溫超導初始帶材，在77K的工作溫度下，臨界 工程電流密度Je比傳統銅導線高1-2個數量級，達到104A/cm2。幾種可供實際 選用的高溫超導初始帶材(1)利用粉末裝管技術制備的(Bi,Pb)2Sf2Ca2Cu30K)+x
(Tc 110K)或(Bi,Pb)2Sr2C&Cu208-x ( Te 85K )金屬包套高溫超導導線，也即 Bi(Pb)SrCaCuO (Bi-2223/Ag或Bi-2212/Ag)鉍、系套銀導線。其基本產品導線結 構為單芯或多芯帶狀導線(通常截面如 3mmx0.3mm)。多芯導線具有更好的實 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 )釔系鍍膜高溫超導導線一Y-123/基體，即Y,Ba2Cu30h
(Tc 92K)鍍膜導線。其主要制備工藝如下。基帶及織構化襯底的制備方法為 離子束輔助沉積(Ion Beam-Assisted D印osition, IB AD),軋制輔助雙軸織構 (Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrate, RABiTS),傾凍牛基才反沉積法(Inclined Substrate Deposition, ISD)和織構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襯底(Ni)上進行超導鍍膜或涂層形成超導導線，借助物理或化學制膜方法如PLD、 PLA、 IBS、 MS、 EBV、 TCE、 MOCVD、 MOD、 CVD、 CSD、 VSD、 SP、和Sol-Gel等，完成所述釔系Y-123/基體鍍膜或涂層導線的制 備。這類導線具有比(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導線一MgB2 (Te 39K)。這種導線的運行需要較低的溫度， 如采用致冷機工作模式，或利用液氬冷卻方案，或利用液氖冷卻方案，或利用 液氦冷卻方案。
所述復合高溫超導導線，可以是上述高溫超導初始帶材，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，按多種不同的結構，復合構成 的具有更高工作電流、更好機械特性、更好保護和更好穩定性的實用高溫超導 導線。具體可以是在外保護套的槽內置有若干高溫超導多帶材強化基體，在 每一個高溫超導多帶材強化基體上復合有若干高溫超導帶材強化基帶，在每一 個高溫超導帶材強化基帶上復合有一高溫超導初始帶材，然后利用金屬或合金 進行保護和強化處理， 一種實用方案是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體材料對外保護套中置有若干高溫超導多帶材強化基 體的槽內進行封灌保護強化和固化，制得復合高溫超導導線；或在高溫超導多 帶材強化基體上復合有若干高溫超導帶材強化基帶，在每一個高溫超導帶材強 化基帶上復合有一高溫超導初始帶材，然后利用附加保護套強化工藝，將外保 護套與加厚的高溫超導多帶材強化基體卡接，制得復合高溫超導導線；等等。 其中，高溫超導帶材強化基帶、高溫超導多帶材強化基體、外保護套均可采用 金屬材質，可以是鋼、銅、銅合金、銀、銀合金、鋁等。所述外保護套具有機 械保護功能和高溫超導體失超分流的旁路功能大電流次級線圏可以是螺線管式線圈，或單餅式線圈，或超導連接雙餅式 線圏，或單餅式線圈與單餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圏，或單餅式線 圈與超導連接雙餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈，或超導連接雙餅式線 圈與超導連接雙餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈，或螺線管式線圈與單 餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈，或螺線管式線圈與超導連接雙餅式線 圈串聯組合而成的復合餅式線圈，或螺線管式線圈與超導連接雙餅式線圈串聯 再與單餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈。所述超導連接雙餅式線圈是利 用已絕緣處理的復合高溫超導導線或高溫超導初始帶材，以中點為對稱點，在 不折斷復合高溫超導導線或高溫超導初始帶材、和不破壞復合高溫超導導線或 高溫超導初始帶材超導性的條件下，復合高溫超導導線或高溫超導初始帶材的 兩段分別沿著線圈骨架的徑向互為反向纏繞，形成等效于兩個單餅式線圈串聯 的雙餅式線圈，且兩餅間具有絕緣層。也可以是利用高溫超導大電流電纜導線 繞制。所述超導連接雙餅式線圈相對于單餅式線圈的優點為，由于兩餅之間為 高溫超導材料無間斷連接，所以比兩個單餅式線圈之間的普通常導連接減小了 電阻和熱效應，進而減少了多單元組合連接中的電阻接點和總的接點發熱量。
所述大電流引線是大電流低損耗引線，可以是傳統材料的大電流引線，或 利用絕緣帶包裹巻繞復合高溫超導導線或高溫超導初始帶材制備，或由高溫超 導塊形材料制備等等，然后用環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。通過在高溫超導材料制備工藝中加入高壓(等 靜壓)和燒結工藝方法，使制得的所述高溫超導塊形材料與常導接頭(如金屬
9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。當所述高溫超導初
始帶材是MgB2金屬包套超導導線時，所述制冷液為液氫、或液氖、或液氦。對 于如50赫茲的低頻應用，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；而對于高頻應用，所述鐵心可以是通常的鐵氧體鐵 心等；鐵心形狀可以是C型、或E型、或R型等。
所迷高溫超導大電流變壓器屬于大電流低電壓輸出型電源變壓器，主要應 用于產生大電流，作為 一種普遍適用的大電流低壓電源適用于任何需要大電流 和低電壓的場合，可應用于高溫超導低壓直流輸電系統中作為降壓大電流變壓 器，或作為冶金工業中的電弧爐、感應爐、鋼包爐、礦熱爐、電石爐、電渣爐、 鹽浴爐、或大功率電焊^L的變壓器、電流互感器、斷^^器、接觸器、熱繼電器、 開關、升流電源等，還可用于現代脈沖工程中的例如大功率脈沖發生器、大功 率激光器、高能加速器、受控熱核反應以及電磁炮等。所述高溫超導低壓直流 輸電系統中的高溫超導大電流電纜14，是由內部開有制冷液流動槽15的高溫超 導大電流電纜導線制備；高溫超導大電流電纜導線是由高溫超導大電流電纜導 線基體與復合高溫超導導線復合而成，高溫超導大電流電纜導線基體外復合有 外保護套；所述制冷液流動槽可以是供制冷液單向或雙向流動的通道。與通常
電力變壓器的屬性不同，本發明的高溫超導大電流變壓器是用于產生低壓性質 的大電流，屬于大電流電源變壓器，不是用于電力傳輸系統的電力變壓器。
10與現有技術相比，本發明的有益效果是利用復合高溫超導導線或高溫超 導初始帶材或高溫超導大電流電纜導線繞制大電流次級線圈而制得的高溫超導 大電流變壓器，不僅次級電流容量大、損耗低、效率高、能夠輸出非常大的電 流，而且體積小、成本低、制備可行、操作簡便、易維護、實用性好、用途廣 泛；可將制得的高溫超導大電流變壓器作為一種具有普遍應用意義的大電流低 壓電源，應用于任何需要大電流的場合。
圖1是C型鐵心、初級線圈采用傳統線圈技術繞制、采用制冷機冷卻的高 溫超導大電流變壓器的結構示意圖。
圖2是C型鐵心、初級線圈采用傳統線圈技術繞制、采用制冷液冷卻的高 溫超導大電流變壓器的結構示意圖。
圖3是C型4失心、初級線圈采用復合高溫超導導線繞制或采用高溫超導初 始帶材繞制、采用制冷機冷卻的高溫超導大電流變壓器的結構示意圖。
圖4是C型鐵心、初級線圈采用復合高溫超導導線繞制或采用高溫超導初 始帶材繞制、采用制冷液冷卻的高溫超導大電流變壓器的結構示意圖。
圖5是E型鐵心、初級線圈釆用復合高溫超導導線繞制或采用高溫超導初 始帶材繞制、釆用制冷^L冷卻的高溫超導大電流變壓器的結構示意圖。
圖6是E型鐵心、初級線圏采用傳統線圈技術繞制、采用制冷液冷卻的高 溫超導大電流變壓器的結構示意圖。
圖7是C型鐵心單邊繞組結構、初級線圈釆用傳統線圈技術繞制、采用制
ii冷機冷卻的高溫超導大電流變壓器的結構示意圖。
圖8是復合高溫超導導線的結構示意圖。
圖9是高溫超導大電流電纜導線的結構示意圖。
圖10是高溫超導大電流變壓器應用于高溫超導低壓直流輸電系統中的結構 示意圖。
圖11是制冷液流動槽為單向通道的高溫超導大電流電纜導線結構示意圖。 圖12是制冷液流動槽為雙向通道的高溫超導大電流電纜導線結構示意圖。 圖中標號如下
1鐵心 3次級線圈 5大電流引線 7高壓輸入端口 9制冷液
11高溫超導帶材強化基帶
13外保護套
15制冷液流動槽
17真空抽氣孔
19制冷液液面計
21制冷液出口
23減壓降溫抽氣孔
25制冷液流出通道
2初級線圈
4低溫容器
6制冷枳j
8強化支柱
10高溫超導初始帶材
12高溫超導多帶材強化基體
14高溫超導大電流電纜
16測控線端口
18基座
20制冷液進口
22保險閥
24固化填充物
26制冷液流入通道
1227復合高溫超導導線 28高溫超導大電流電纜導線基體
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明的優選實施例作進一步的描述。實施例1
如圖1、圖8、圖10、圖11所示。制備一個單向50000VA/50Hz的高溫超導大電流變壓器電源。所述高溫超導大電流變壓器，包括鐵心l、初級線圈2和次級線圈3，初級線圈2通過高壓輸入端口 7與外部電源相連，次級線圈3通過大電流引線5輸出大電流低壓電；次級線圈3由復合高溫超導導線27繞制，是大電流低電阻損耗線圏，初級線圈2采用傳統線圈技術繞制；次級線圈3置于低溫容器4中，利用制冷機6冷卻。所述高溫超導大電流變壓器固定在基座18上。
所述小型高溫超導大電流變壓器的設計參數如下
輸出規格初級線圈2工作電壓V!-6300V，次級線圏3輸出24V電壓，2000A電流；次級線圈3的實繞圈數為2圈，實際最大電流為2083A;
鐵心1: C型，冷軋晶粒取向硅鋼片，長L-2m,高H=2m,截面0.2mx 0.2m;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強度B 1.7 T,相對磁導率^ 4000，磁場強度H-338.2 A/m;
初級線圈2電流I1 = 8A;
初級線圈2的圈數采用銅漆包線繞制，N!-525圈。復合高溫超導導線27:利用填充封灌強化工藝制備，即在外保護套13的槽內復合有六個高溫超導多帶材強化基體12,在每一個高溫超導多帶材強化基體12上復合有十個高溫超導帶材強化基帶11，在每一個高溫超導帶材強化基帶11上復合有一高溫超導初始帶材10，然后利用低熔點焊錫作為固化填充物24對外保護套13上置有多個高溫超導多帶材強化基體12的槽內進行封灌保護強化和固化，制得復合高溫超導導線27;其中，高溫超導初始帶材10為(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu30u)+x多芯高溫超導導線，高溫超導帶材強化基帶11的材質為鋼，高溫超導多帶材強化基體12的材質為銅，外保護套13的材質為銅合金。60根臨界電流大于IOOA的高溫超導初始帶材IO,與高溫超導帶材強化基帶11、高溫超導多帶材強化基體12、外保護套13共同復合成實用的復合高溫超導導線27 ，能充分保證本實施例要求的工作電流。
次級線圈3:是利用上述復合高溫超導導線27制備的超導連接雙餅式線圈。所述超導連接雙餅式線圏是利用已絕緣處理的復合高溫超導導線27，以中點為對稱點，在不折斷復合高溫超導導線27和不破壞復合高溫超導導線27超導性的條件下，復合高溫超導導線27的兩段分別沿著線圈骨架的徑向互為反向纏繞，形成等效于兩個單餅式線圈串聯的雙餅式線圈。次級線圈3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17,低溫容器4的內部為真空，低溫容器4上設有測控線端口 16。
大電流引線5:利用開普頓薄膜帶作為絕緣帶包裹巻繞高溫超導初始帶材10制備，然后用環氧樹脂進行固化和保護處理；高溫超導初始帶材10為(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+J^芯高溫超導導線。制得的所述高溫超導大電流變壓器作為大電流低壓電源應用于高溫超導低壓直流輸電系統中。所述高溫超導低壓直流輸電系統中的高溫超導大電流電纜
14，是由內部開有制冷液流動槽15的高溫超導大電流電纜導線制備，其間設有強化支柱8;高溫超導大電流電纜導線是由高溫超導大電流電纜導線基體28與復合高溫超導導線27復合而成，高溫超導大電流電纜導線基體28外復合有外保護套13。所述高溫超導大電流電纜導線基體28的材質為銀合金。實施例2
如圖6、圖9、圖10、圖12所示。制備單相500000VA/50Hz的高溫超導大電流變壓器電源。所述高溫超導大電流變壓器，包括鐵心l、初級線圈2和次級線圈3，初級線圈2通過高壓輸入端口 7與外部電源相連，次級線圏3通過大電流引線5輸出大電流低壓電；次級線圏3由高溫超導大電流電纜導線繞制，是大電流低電阻損耗線圈，初級線圏2采用傳統線圈技術繞制；次級線圈3置于低溫容器4中，利用制冷液9冷卻。
所述高溫超導高壓變壓器設計參數
規格初級工作電壓380V單相電源，初級線圈2的圈數為38圈；次級線圈3的圏數為1圈，輸出10V電壓，5000A電流；
鐵心1: E型，硅鋼片鐵心，長L-2m，高H-2m,圓型鐵心截面直徑0.28m;最大功率50000 VA;初級線圏2電流I, =132 A;
初級線圈2圈數釆用高絕緣強度的紗包漆包銅導線繞制，N2-38圈。復合高溫超導導線27:采用附加保護套強化工藝制備，即在每一個高溫超導多帶材強化基體12上復合有六個高溫超導帶材強化基帶11，在每一個高溫超導帶材強化基帶11上復合有一高溫超導初始帶材10，然后利用附加保護套強化工藝，將外保護套13與十個高溫超導多帶材強化基體12卡接，制得復合高溫超導導線27;其中，高溫超導初始帶材10為YiBa2Cu30^鍍膜導線，高溫超導帶材強化基帶11的材質為銀合金，高溫超導多帶材強化基體12的材質為銅，外保護套13的材質為銅合金。60根臨界電流大于IOOA的高溫超導初始帶材IO,與高溫超導帶材強化基帶11、高溫超導多帶材強化基體12、外保護套13共同復合成實用的復合高溫超導導線27。
所述高溫超導大電流電纜導線是由高溫超導大電流電纜導線基體28與四根復合高溫超導導線27復合而成，高溫超導大電流電纜導線基體28外復合有外保護套13,能充分保證本實施例要求的工作電流。高溫超導大電流電纜導線基體28的材質為銅。
次級線圈3:是利用上述高溫超導大電流電纜導線制備的螺線管式線圈。次級線圈3置于作為低溫容器4的內置泡沫材料絕熱層、外有強化殼的非真空非金屬低溫筒中，工作于作為制冷液9的77K液氮中，低溫容器4上設有測控線端口 16、制冷液進口 20、制冷液出口 21、保險閥22、減壓降溫抽氣孔23,低溫容器4內部還設有制冷液液面計19。
大電流引線5:由長條形的鉍系Bi-2223作為高溫超導塊形材料制備，然后用環氧樹脂進行固化和保護處理。
制得的所述高溫超導大電流變壓器作為大電流低壓電源應用于高溫超導低壓直流輸電系統中。所述高溫超導低壓直流輸電系統中的高溫超導大電流電纜14,是由內部開有制冷液流動槽15的高溫超導大電流電纜導線制備，其間設有強化支柱8;制冷液流動槽15包括供液氮雙向流動的制冷液流入通道26和制冷液流出通道25。高溫超導大電流電纜導線是由高溫超導大電流電纜導線基體28與復合高溫超導導線27復合而成，高溫超導大電流電纜導線基體28外復合有外保護套13。實施例3
如圖3所示。與實施例1相同的地方不再重復敘述，不同之處在于鐵心1為非晶合金。初級線圈2和次級線圈3均由高溫超導初始帶材10繞制，均置于低溫容器4中。繞制初級線圈2的高溫超導初始帶材10為(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu30K^單芯高溫超導導線，繞制次級線圈3的高溫超導初始帶材10為(Bi,Pb)2Sr2C^Cu208-x多芯高溫超導導線。次級線圈3是利用上述高溫超導初始帶材10制備的單餅式線圏。大電流引線5是利用玻璃纖維帶作為絕緣帶包裹巻繞利用填充封灌強化工藝制備的復合高溫超導導線27制備。制得的所述高溫超導大電流變壓器作為大電流低壓電源應用于冶金工業中，初級線圈2通過高壓輸入端口 7連接配電系統6.3kV電源，次級線圏3的負載為冶金工業中的電弧煉鋼爐的電源，為其提供大電流電源。
實施例4
如圖4所示。與實施例2相同的地方不再重復敘述，不同之處在于鐵心l為C型電工鋼帶。初級線圈2和次級線圈3均由高溫超導初始帶材IO繞制。繞制初級線圈2的高溫超導初始帶材10為MgB2多芯金屬包套超導導線，繞制次級線圈3的高溫超導初始帶材10為MgB2單芯金屬包套超導導線。次級線圈3是利用上述高溫超導初始帶材IO制備的單餅式線圈與單餅式線圈串聯組合而成
的復合餅式線圈。大電流引線5由圓柱形的鉍系Bi-2212作為高溫超導塊形材料制備。初級線圈2和次級線圈3工作于作為制冷液9的20K液氫中。制得的所述高溫超導大電流變壓器作為大電流低壓電源應用于冶金工業中，作為感應爐的電源。
實施例5
如圖5、圖8所示。與實施例1相同的地方不再重復4又述，不同之處在于鐵心1為E型、鐵氧體鐵心。初級線圈2由利用填充封灌強化工藝制備的復合高溫超導導線27繞制，次級線圈3由高溫超導初始帶材10繞制，高溫超導初始帶材10為(Bi,Pb)2Sr2Ca!Cu20s-x單芯高溫超導導線。次級線圈3是利用上述高溫超導初始帶材IO制備的單餅式線圈與超導連接雙餅式線圏串聯組合而成的復合餅式線圈。大電流引線5由圓環形的釔系Y-123作為高溫超導塊形材料制備。制得的所述高溫超導大電流變壓器作為大電流低壓電源應用于冶金工業中，作為大功率電焊機的電源。
實施例6
如圖2、圖11所示。與實施例2相同的地方不再重復敘述，不同之處在于鐵心1為C型，坡膜合金。次級線圈3是利用內部開有制冷液流動槽15的高溫超導大電流電纜導線制備的超導連接雙餅式線圈與超導連接雙餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈。大電流引線5由方形的MgB2作為高溫超導塊形材料25制備。
實施例7如圖7所示。與實施例1相同的地方不再重復敘述，不同之處在于次級
線圈3是螺線管式線圈與單餅式線圏串聯組合而成的復合餅式線圏。初級線圈2和次級線圈3置于C型鐵心1的單邊。
權利要求
1. 一種高溫超導大電流變壓器，包括鐵心(1)、初級線圈(2)和次級線圈(3)，初級線圈(2)通過高壓輸入端口(7)與外部電源相連，次級線圈(3)通過大電流引線(5)輸出大電流低壓電，其特征在于次級線圈(3)由復合高溫超導導線(27)、或高溫超導初始帶材(10)、或高溫超導大電流電纜導線繞制，是大電流低電阻損耗線圈；初級線圈(2)采用傳統線圈技術繞制，次級線圈(3)置于低溫容器(4)中，利用制冷液(9)或制冷機(6)冷卻；或初級線圈(2)采用復合高溫超導導線(27)或高溫超導初始帶材(10)繞制，初級線圈(2)和次級線圈(3)同時置于低溫容器(4)中，利用制冷液(9)或制冷機(6)冷卻。
2. 根據權利要求1所述的高溫超導大電流變壓器，其特征在于高溫超導大電 流電纜導線是由高溫超導大電流電纜導線基體(28)與復合高溫超導導線(27)復合而成，高溫超導大電流電纜導線基體(28)外復合有外保護套(13)。
3. 根據權利要求2所述的高溫超導大電流變壓器，其特征在于高溫超導大電 流電纜導線內部開有制冷液流動槽(15)。
4. 根據權利要求1至3任一所述的高溫超導大電流變壓器，其特征在于復合 高溫超導導線(27)是由高溫超導多帶材強化基體(12)與外保護套(13) 連接復合而成，高溫超導多帶材強化基體(12)上通過高溫超導帶材強化基 帶(11 )復合有高溫超導初始帶材(10)。
5. 根據權利要求1所述的高溫超導大電流變壓器，其特征在于高溫超導初始 帶材(10)是含有金屬包套結構的多芯或單芯高溫超導導線，或基于鍍膜高 溫超導導線工藝制備的高溫超導導線，或MgB2金屬包套超導導線；所述含有金屬包套結構的多芯高溫超導導線是(Bi,Pb)2Sr2Ca2Qi30K)+x多芯高溫超導 導線，或(Bi,Pb)2Sr2Ca!Cu20s.x多芯高溫超導導線；所述含有金屬包套結構的 單芯高溫超導導線是(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu301()+x單芯高溫超導導線，或 (Bi,Pb)2Sr2CaiCu208-x單芯高溫超導導線；所述基于鍍膜高溫超導導線工藝制 備的高溫超導導線是Y,Ba2Cu307.x鍍膜導線；所述MgB2金屬包套超導導線 是MgB2多芯金屬包套超導導線，或MgB2單芯金屬包套超導導線。
6. 根據權利要求4所述的高溫超導大電流變壓器，其特征在于高溫超導初始 帶材(10)是含有金屬包套結構的多芯或單芯高溫超導導線，或基于鍍膜高 溫超導導線工藝制備的高溫超導導線，或MgB2金屬包套超導導線；所述含 有金屬包套結構的多芯高溫超導導線是(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu30脅x多芯高溫超導 導線，或(Bi，Pb)2Sr2CaiCu20s.x多芯高溫超導導線；所述含有金屬包套結構的 單芯高溫超導導線是(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x單芯高溫超導導線，或 (Bi,Pb)2Sr2CaiCu208-x單芯高溫超導導線；所述基于鍍膜高溫超導導線工藝制 備的高溫超導導線是Y!Ba2Cu307.x鍍膜導線；所述MgB2金屬包套超導導線 是MgB2多芯金屬包套超導導線，或MgB2單芯金屬包套超導導線。
7. 根據權利要求1或2或3或5或6所述的高溫超導大電流變壓器，其特征在 于次級線圈(3)是螺線管式線圈，或單餅式線圈，或超導連接雙餅式線 圈，或單餅式線圈與單餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈，或單餅式線 圈與超導連接雙餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈，或超導連接雙餅式 線圈與超導連接雙餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圈，或螺線管式線圈 與超導連接雙餅式線圈串聯再與單餅式線圈串聯組合而成的復合餅式線圏。
8. 根據權利要求1所述的高溫超導大電流變壓器，其特征在于大電流引線(5) 是利用絕緣帶包裹巻繞高溫超導初始帶材(10)或復合高溫超導導線(27) 制備，或由高溫超導塊形材料制備，然后用環氧樹脂進行固化和保護處理； 所述絕緣帶為開普頓薄膜帶或玻璃纖維帶；所述高溫超導塊形材料是 Bi-2223,或Bi-2212,或Y-123,或MgB2。
9. 如權利要求1至3任一所述的高溫超導大電流變壓器應用于所述高溫超導 大電流變壓器屬于大電流低電壓輸出型電源變壓器，作為大電流低壓電源應 用于高溫超導低壓直流輸電系統中，或作為冶金工業中的電弧爐、或感應爐、 或大功率電焊機的電源。
10. 根據權利要求9所述的高溫超導大電流變壓器的應用，其特征在于所 述高溫超導低壓直流輸電系統中的高溫超導大電流電纜(14)，是由內部開 有制冷液流動槽(15)的高溫超導大電流電纜導線制備；所迷高溫超導大電 流電纜導線是由高溫超導大電流電纜導線基體(28)與復合高溫超導導線(27 )復合而成，高溫超導大電流電纜導線基體(28 )外復合有外保護套(13 )。
全文摘要
本發明公開了一種高溫超導大電流變壓器及其作為大電流低壓電源的應用。所述高溫超導大電流變壓器，包括鐵心、初級線圈和次級線圈，初級線圈通過高壓輸入端口與外部電源相連，次級線圈通過大電流引線輸出大電流低壓電；次級線圈由高溫超導大電流電纜導線、或復合高溫超導導線、或高溫超導初始帶材繞制，是大電流低電阻損耗線圈；初級線圈采用傳統線圈技術繞制；次級線圈置于低溫容器中，利用制冷液或制冷機冷卻。與現有技術相比，本發明不僅次級電流容量大、損耗低、效率高、能夠輸出非常大的電流，而且體積小、成本低、制備可行、操作簡便、易維護、實用性好、用途廣泛；并可作為一種具有普遍應用意義的大電流電源，應用于任何需要大電流的場合。
文檔編號H01F36/00GK101458989SQ20071005080
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優先權日2007年12月14日
發明者金建勛 申請人:電子科技大學