[发明专利]一种高温超导大电流变压器及其应用

说明书

技术领域

本发明属于变压器技术领域，特别涉及一种高温超导大电流变压器，及其作为大电流低压电源的应用。

由于利用传统铜质导线绕制的变压器线圈具有较高的内阻，电流传导密度较低，导致了当变压器的次级线圈需要产生非常大电流的输出时，次级线圈的功耗I²R很大，绕组圈数体积也非常大，因此实际运行成本高、整体体积大，无法实现高效的设计。随着高温超导材料及其相应技术的发展，制作高温超导大电流低电阻损耗线圈已可实现。利用高温超导技术，可以设计制作低损耗的大电流变压器。

公开号为CN 1787131A，名为“超导变压器”的发明专利，公开了一种包括有铁心、超导线圈和低温容器的超导变压器。但该专利技术中的初级线圈和次级线圈均采用需要冷却的高温超导体，其结构和设计方案为电力(电网)应用型，不能用以作为专用于产生大电流的电源变压器。

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种利用高温超导材料绕制大电流次级线圈、使得次级电流容量增大、电阻损耗降低、能够输出大电流低电压的高温超导大电流变压器，以及将制得的高温超导大电流变压器作为一种具有普遍应用意义的大电流低压电源，应用于任何需要大电流的场合。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高温超导大电流变压器，包括铁心、初级线圈和次级线圈，初级线圈通过高压输入端口与外部电源相连，次级线圈通过大电流引线输出大电流低压电；次级线圈由复合高温超导导线、或高温超导初始带材、或高温超导大电流电缆导线绕制，是大电流低电阻损耗线圈，初级线圈采用传统线圈技术绕制；次级线圈置于低温容器中，利用制冷液或制冷机(4K-室温范围温度可控)冷却。制冷机冷却采用传导制冷工作模式，制冷液冷却采用简便浸泡方案。所述初级线圈也可采用复合高温超导导线绕制，或采用高温超导初始带材绕制，并与次级线圈同时置于低温容器中，利用制冷液或制冷机冷却。

由于次级线圈采用了高温超导大电流电缆导线或复合高温超导导线或高温超导初始带材，与传统绕制线圈的铜导线相比，传导电流密度大大提高，可大大减少次级线圈的圈数和体积，同时减少了次级线圈的电阻损耗，即I²R≈0，效率显著提高，实用性更好。

所述高温超导大电流电缆导线是由高温超导大电流电缆导线基体与复合高温超导导线复合而成，高温超导大电流电缆导线基体外复合有外保护套；高温超导大电流电缆导线内部还可以开有制冷液流动槽，所述制冷液流动槽可以是供制冷液单向或双向流动的通道。所述复合高温超导导线是由高温超导多带材强化基体与外保护套连接复合而成，高温超导多带材强化基体上通过高温超导带材强化基带复合有高温超导初始带材。所述高温超导初始带材可以是含有金 属包套结构的多芯或单芯高温超导导线，或基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导导线，或MgB₂金属包套超导导线，或MgB₂薄膜超导导线等。所述含有金属包套结构的多芯高温超导导线可以是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x多芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x多芯高温超导导线等；所述含有金属包套结构的单芯高温超导导线可以是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x单芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x单芯高温超导导线等；所述基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导导线可以是Y₁Ba₂Cu₃O_7-x镀膜导线等；所述MgB₂金属包套超导导线可以是MgB₂多芯金属包套超导导线，或MgB₂单芯金属包套超导导线等。