Development of a novel transposed cable with in-plane bending of HTS tapes (X-cable)
一个紧凑的高温超导电缆，能够携带大电流密度是至关重要的发展高场加速器磁铁。我们正在报告一种新的高温超导电缆（命名为X电缆），可以实现高电流密度的罗贝尔电缆，但实现了平面弯曲堆叠高温超导带材直接实现换位。该电缆是与一家工业公司在生产线上联合开发的：从一开始就准备好大规模生产。最近，一个原型电缆与REBCO涂层导体已成功制造。测试结果显示没有明显的退化，证明了这种电缆概念的可行性。本文将介绍该电缆的设计概念、REBCO带材的面内弯曲性能、第一个原型电缆的制造过程和测试结果。
2021-09-16 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Bending-like stress induced by solder joint under uniaxial tensile testing in 2G-HTS tapes: Impact and optimization approach
School of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学电气工程学院）；State key Laboratory of High-Efficiency special cable technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学高效特种电缆技术国家重点实验室）；Key Laboratory of Applied Superconductivity, Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院电气工程技术研究所超导应用重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过实验和数值方法研究焊点引起的应力集中对2G-HTS带材可逆应力极限测量精度的影响，提出背面焊接优化方法，使测量值提升42%并接近真实值。
2026-05-29 cond-mat.supr-con
2D Modeling of HTS Coils with $T$-$A$ Formulation: How to Handle Different Coupling Scenarios
基于有限元法的数值模型是研究高温超导体宏观电磁行为的常用工具。本文介绍了如何使用$T$ - $A$公式对2D中的HTS线圈进行建模，线圈匝之间具有不同的耦合场景。首先，我们考虑一个跑道线圈从一块超导磁带缠绕。然后，我们考虑通过缠绕由不同的高温超导带组成的电缆获得的线圈。在后一种情况下，带匝沿其整个长度或仅在线圈的两端进行电连接：在模型中，这两种不同类型的电连接是在电路模块的帮助下实现的。对不同耦合情况下的电流密度分布和线圈的交流损耗进行了比较和讨论。指出了该方法的适用范围。该模型是为直线段的跑道线圈，但可以很容易地适应轴对称的几何形状。
2022-02-04 cond-mat.supr-con
Near-isotropic performance of intrinsically anisotropic high-temperature superconducting tapes due to self-assembled nanostructures
高温超导体（HTS）被用作功率器件中潜在应用的大电流导线。在磁场中，它们的基面临界电流特性对取向的依赖性会引起重要的设计问题。在这里，我们报告的材料和操作参数条件下，原型高温超导带材导体表现出临界电流特性，基本上是场取向独立的。观察到的新现象，具体的磁场强度，取决于工作温度，并在材料中具有强通量钉扎的扩展纳米级结构大致沿高温超导晶体c轴对齐。这种效应可以用一个简单的临界电流密度场依赖性模型来描述，并推广到各向异性电子响应。该描述可以提供对在优选的场和温度下微调材料性质以获得几乎各向同性的性能特性的手段的了解。
2008-08-25 cond-mat.supr-con
Review of the AC Loss Computation for HTS using the H-formulation
本文介绍了基于麦克斯韦方程组的$H$公式的有限元法（FEM）模型，用于计算不同应用场合的高温超导体（HTS）带材、电缆和绕组的交流损耗。该模型以磁场分量为状态变量，已在全球数十个研究小组中得到广泛应用。本文首先回顾了模型所依据的方程及其在不同情况下的有限元程序中的实现，如二维纵向和轴对称几何形状，三维几何形状。本文还介绍了处理大量高温超导带材的建模策略，如多尺度和均匀化方法。然后，文章的第二部分回顾了应用程序的$H$配方已被用来计算交流损耗，从单独的磁带，复杂的电缆和大型磁铁绕组。之后，一节专门讨论的$H$制定方面的计算效率和易于实施。它的优点和缺点是上市。最后，得出本文的主要结论。
2020-02-28 cond-mat.supr-con
Self-consistent Modeling of the $I_c$ of HTS Devices: How Accurate do Models Really Need to Be?
用于计算由HTS带制成的装置的有效临界电流的数值模型需要了解Jc（B，θ）依赖性，即临界电流密度Jc依赖于磁通量密度B及其相对于带的取向θ的方式。在本文中，我们提出了一个数值模型的基础上的临界状态与角场依赖的Jc提取的Jc（B，θ）的关系，从实验数据。该模型考虑了磁带产生的自场，这在实验中施加的场较低时给出了重要的贡献。同样的模型也可以用来计算由电磁相互作用带组成的器件的有效临界电流。这里考虑三个例子：两个不同的额定电流的罗贝尔电缆组成的REBCO涂层导体和电力电缆的原型组成的Bi-2223磁带。用数值模型计算的临界电流与实测值吻合较好。模拟还显示，在Jc（B，θ）中的几个参数集给出了同样好的表示的实验表征的磁带和电缆的测量的Ic值受到实验条件的影响，如由于制造和组装过程和非均匀性的磁带性能的Ic退化。这两个方面使得确定非常精确的Jc（B，θ）表达式可能是不必要的，只要该表达式能够再现角度依赖性的主要特征。该模型易于使用，可以直接在有限元程序中实现，能够解决静态电磁问题，是非常有吸引力的研究人员和设备制造商谁想要表征超导带材和计算超导器件的有效临界电流。
2014-11-04 cond-mat.supr-con
A parameter-free method to extract the superconductor's $J_c(B,θ)$ field-dependence from in-field current-voltage characteristics of HTS tapes
高温超导体器件的临界电流（$I_c$）和交流损耗的计算需要超导材料的临界电流密度（$J_c$）。该$J_c$通常不是恒定的，并且取决于局部磁通量密度的大小（$B_{loc}$）和方向（$θ$，相对于磁带）。原则上，$J_c(B_{loc},θ)$可以从实验测量的临界电流$I_c(B_a,θ)$获得，其中$B_a$是所施加磁场的大小。然而，对于其中超导材料经历接近于隔离导体的自场的局部场的应用，从$I_c(B_a,θ)$获得$J_c(B_{loc},θ)$不是简单的任务。这是必要的，以解决一个反问题，以纠正来自自场的贡献。文献中提出的方法包括一系列处理不同程度的数学正则化的方法，例如使用蛮力或优化方法来拟合预想的非线性公式的参数。在这方面的贡献，我们提出了一个无参数的方法，提供了很好的再现实验数据，不需要人为的互动或先入为主的$J_c$依赖于磁场。特别是，它允许在几分钟内从实验数据到准备运行的$J_c(B_{loc},θ)$模型。
2016-08-30 cond-mat.supr-con
DC Characterization of a Circular, Epoxy-Impregnated High Temperature Superconducting (HTS) Coil
高温超导线圈直流特性的研究对于高温超导电机、超导储能器和Transformers等应用具有重要意义。在本文中，直流特性的圆形，环氧树脂浸渍高温超导线圈制成的YBCO涂层导体作为原型轴向磁通高温超导电机。在测量过程中，线圈内使用多个电压抽头，以帮助提供关于其作为长度的函数的DC行为的进一步详细信息。根据实验结果，线圈中沿超导体长度方向存在不均匀区域，导致线圈的超导性能不理想。通过研究不同区域的I-V曲线，发现在高温超导线圈的非均匀部分，n值和临界电流都有一个逐渐减小的过程。
2015-12-24 cond-mat.supr-con
Determination of I-V Curves of HTS Tapes From The Frequency Dependent AC Transport Loss
超导体的电流-电压特性通常通过标准的4探针直流测量技术来确定。然而，在涂覆的导体中，由于稳定性弱或没有稳定性，人们经常遇到问题，并且在这种情况下，当烧毁带的风险高时，4探针方法可能失败。在其他情况下，例如在HTS电缆结构中，除了脆弱性和高损坏风险之外，还可能难以利用通常用于表征单股的电源来实现高临界电流水平。因此，我们研究了另一种方法来确定直流I-V曲线，基于测量的交流传输损耗作为频率的函数在过临界电流范围内。在AC制度，滞后损耗分量和焦耳耗散都存在超过临界电流Ic的施加的传输电流。在这项工作中，在不同的频率下的交流损耗测量与不同的电场在直流和类似的直流I-V曲线得到。根据该曲线，估计功率指数N和Ic值。交流状态操作可能更有益，原因有二：首先，因为通过使用Transformer可以容易地实现非常高的电流;其次，因为超临界交流电流的有效焦耳热耗散比相同幅度的直流电流的有效焦耳热耗散低得多。在实验中，我们使用了一个4 mm宽的YBCO参考磁带与20 μm的铜稳定。为了与AC传输损耗进行比较，用标准4探针技术测量样品，并且即使在过载条件下也保持稳定。为了支持我们的研究，数值模拟，再现瞬态和稳态操作条件下，进行。在模拟中也观察到了类似的交流电流输运损失和I-V曲线之间的关系。
2015-11-26 cond-mat.supr-con
New Experimental Method for Investigating AC-losses in Concentric HTS Power Cables
高温超导电缆设计的交流损耗方面的优化是至关重要的经济可行性的相应概念。然而，交流损耗的实验测定并不简单，因为对于短电缆样品，超导带材之间的电流分布主要由各个带材的接触电阻决定。由此产生的不均匀的电流分布肯定会证伪结果。为了解决这个实验问题，我们提出了一个新的实验技术。该装置是一个2米长的三相同心电缆模型，其中，在每个相位内，超导带（多达30个）串联连接。铜编织反向导体组装在旋转对称笼型布置中，使得它们在电缆处的自身场抵消。如果正确考虑这种设置的实验特性，如相之间的强感应耦合和电压接触引线的适当定位，则可以独立地控制电流，并且可以明确地测量电缆的电气特性。在本文中的初步结果。这项工作是德国政府资助的电缆项目AMPACITY（1 km / 20 kV/ 2 kA）的一部分
2017-05-29 cond-mat.supr-con
The Canted Cosine Theta HTS Sextupole Demonstrator for FCC-ee
European Organization for Nuclear Research（欧洲核子研究组织）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
本文介绍了为FCCee-HTS4项目开发的首个基于高温超导ReBCO带材的倾斜余弦θ六极磁铁，展示了其设计、制造和低温测试过程。
2026-05-11 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Theoretical and experimental study of AC loss in HTS single pancake coils
本文从理论和实验上研究了扁平线圈在交流区的电磁特性与匝数的关系。具体地，交流损耗，线圈的临界电流和电压信号的讨论。线圈是由Bi 2Sr 2Ca 2Cu 3 O 10/Ag（BiSCCO）磁带，虽然主要的定性结果也适用于其他类型的超导磁带，如涂层导体。在Transformer的帮助下，使用不同的拾波线圈对AC损耗和电压信号进行电气测量。其中之一是避免处理巨大的线圈电感。此外，线圈的临界电流是由传统的直流测量实验确定的。此外，对临界电流、交流损耗和电压信号进行了仿真，仿真结果与实验结果吻合较好。对于所有的模拟，场依赖的临界电流密度推断从DC测量短磁带样品被考虑在内。
2008-11-19 cond-mat.supr-con
Computation of Losses in HTS Under the Action of Varying Magnetic Fields and Currents
超导体的数值模拟被广泛认为是解释实验结果、理解物理机制和预测高温超导体（HTS）带材、导线和器件性能的有力工具。这对于交流损耗计算尤其如此，因为足够低的交流损耗值对于使这些材料具有商业吸引力是必要的。近年来，世界各地的研究人员提出了各种基于不同技术和实现的数值模型，目的是能够快速准确地估计高温超导体中的交流损耗。本文对高温超导带材、导线和器件中交流损耗的计算方法进行了综述。技术超导体有一个相对复杂的几何形状（细丝，可能是扭曲或换位，或层），并由不同的材料组成。因此，存在不同的损失贡献。在本文中，我们描述的方法来计算这种损失的贡献，其中包括磁滞损耗，涡流损耗，耦合损耗，和铁磁材料的损失。我们还提供了在各种电源应用中发生的损失的估计。
2013-06-26 cond-mat.supr-con
Practical Forecasting of AC Losses in Multi-layer 2G-HTS Cold Dielectric Conductors
针对多层2G-HTS冷介质电缆交流损耗预测模型验证难的问题，提出二维H模型，复现两种高临界电流多层电缆的实测损耗，吻合度高，可揭示带材局部电动力学特性。
2022-10-20 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Interfilament Resistance at 77 K in Striated HTS Coated Conductors
将高温超导涂层导体（CC）带条纹成窄丝提供了在不合理地降低其载流能力的情况下降低带的磁化损耗的可能性。然而，实现良好分离的条纹提出了技术挑战，特别是如果细丝的数量很大和/或如果存在金属稳定剂的厚层。在这些情况下，灯丝可以容易地耦合，并且它们减少磁化损耗的有效性被强烈地减弱或消除。虽然从磁化损耗测量可以很好地看到耦合的开始，但是耦合电流的实际路径是未知的。在这篇文章中，我们提出了一个系统的研究，在高温超导CC样品的横向电阻，以获得更深入的了解这些路径。测量的样品在制造商（SuperPower和SuperOx）以及稳定剂材料的存在和厚度方面不同。此外，氧化被用作一种手段，以增加非稳定样品中的长丝之间的电阻。结果解释与链网络模型。这项工作提供了有用的见解的因素，确定在条纹高温超导CC的横向电阻，从而表明如何提高的有效性的条纹过程中的交流损耗降低。
2017-01-16 cond-mat.supr-con
Understanding and minimizing ac losses in CORC cables of YBCO superconducting tapes
该研究利用 T-A 与 H-formulation 两类有限元模型分析两层 CORC 超导电缆的交流损耗来源及设计运行参数影响，并提出降损与更精确计算方法。
2023-06-07 cond-mat.supr-con physics.app-ph
High-speed fluorescent thermal imaging of quench propagation in high temperature superconductor tapes
利用荧光显微热成像技术研究了高温超导体的失超现象。将荧光团嵌入聚合物基质中并用作HTS带上的涂层，同时用UV光激发并用高速相机记录。同时，用高振幅、短持续时间的DC电流对带进行脉冲，并在局部缺陷的帮助下使带淬火。淬火期间的焦耳加热影响从涂层发射的荧光强度，并且通过记录该强度随时间的局部变化，可以可视化带的加热并且可以计算产生的温度。荧光团三[3-（三氟甲基羟基亚甲基）-（+）-三氟乙酸]铕（EuTFC）具有足够的温度灵敏度，适用温度范围为77 ~ 260 K。在高速记录的帮助下，在液氮浴中保持的20 μm铜稳定的HTS带中的正常区发展被成像，并且使用校准曲线，计算了在淬火期间达到的温度。
2017-11-15 cond-mat.supr-con physics.ins-det
A trapped field of 17.7 T in a stack of high temperature superconducting tape
高温超导（HTS）带可以被切割和堆叠以在超导层中感应持续电流之后在低温下产生大的磁场。一个17.7 T的字段被困在两个堆叠的HTS磁带在8 K没有外部机械加固。17.6当电池堆升温到14K时，T仍能维持.使用了一种新型的混合叠层，其由嵌入在由不同带制成的较大的34.4mm直径叠层内的12mm正方形插入叠层组成。产生的磁场是最大的任何捕获场磁铁报告和30%以上，比以前实现的一堆高温超导磁带。这种堆被认为是超导电机的转子场极，其中低温惩罚是合理的增加功率重量比。报告的样品可以被认为是有史以来最强的永磁体。
2017-09-13 cond-mat.supr-con physics.acc-ph physics.ins-det
An efficient HTS electromagnetic model combining thin-strip, homogeneous and multi-scale methods by T-A formulation
本文提出了一种基于T-A公式的高温超导电磁场模型，该模型结合了薄条、均匀和多尺度方法。特别是，我们建立薄带作为分析的HTS带和未分析的带合并的同质块的边界。因此，线圈的几何形状被重新构建了几个块，但块的边界和域处理不同的电磁特性，并分别通过T和A公式。首先，我们介绍了建模过程，并强调了与以前的模型的区别和优势。然后，通过与基于2000匝线圈的参考模型的结果进行比较，验证了所提出的模型的准确性。两种模型得到的归一化电流密度、磁通量密度和磁滞损耗的分布高度一致，总损耗的误差小于1%。此外，该模型是所有先进模型中最节省时间的。此外，该模型可以应用于三维仿真，并通过仿真50匝跑道线圈验证了其高精度和效率。所提出的方法提供了一个可行的方法来模拟线圈与许多堆叠磁带，我们将继续探索更多的应用程序，解决高温超导系统的复杂几何形状。
2021-12-01 cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Investigation of AC Loss in HTS Cross-Conductor Cables for Electrical Power Transmission
本文介绍了高温超导体（HTS）交叉导体（CroCo）电缆的交流（AC）损耗分析，以评估它们是否可以用于电力传输。高温超导CroCo电缆的建模基于卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）组装的电缆，交流损耗计算基于有限元法（FEM）软件包COMSOL Multiphysics中实现的H公式模型。交流损耗的计算已经进行了隔离的单相CroCo电缆和三相CroCo电缆。研究了CroCo电缆在三相运行时某一相的交流损耗角的变化规律。已调查的CroCo电缆内的个别磁带的电流分布。
2018-07-19 cond-mat.supr-con
Non-twisted stacks of coated conductors for DC magnets: analysis of inductance and AC losses
在过去的10-15年中，用于磁体的高温超导（HTS）电缆的开发中最常见的策略是模仿低温超导（LTS）电缆设计。然而，对LTS材料的要求对HTS材料无效，HTS材料非常稳定。例如，非扭转多相Bi-2223带材已成功地用于几种磁体中。本文综述了高温超导带材非扭转叠层的稳定性，分析了超导带材非扭转叠层的电感和交流损耗。数值计算表明，扭转对叠带电感变化的影响可以忽略不计。关于交流损耗，任何用涂层导体构建的磁体都具有比LTS磁体更大的损耗，这是因为带材的纵横比和大宽度。如果宽磁带被替换为非扭曲的窄磁带堆，则可以减少损耗和剩余磁化。与多芯导线相比，绞合一叠磁带只能略微减少损耗。因此，由非绞合堆叠构成的电缆可以被设计成具有与绞合堆叠概念的损耗相当的损耗。讨论了用于聚变应用的大型电缆的一些例子。基于非扭转堆叠的设计可以比扭转堆叠更简单、更稳健且具有成本效益。
2019-11-11 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Local electromagnetic properties and hysteresis losses in Non-Uniformly wound 2G-HTS Racetrack Coils
一个值得注意的物理依赖性的磁滞损耗与轴向绕组的商业\textcolor{black}{Second Generation High Temperature Superconducting (2G-HTS)}磁带的超导跑道线圈的错位的报告。全面研究了匝间不对准因子对单个匝的局部电磁特性的影响，考虑了六种不同的线圈布置和十个施加的交变传输电流$I_{a}$的振幅，以及实验确定的临界电流密度$J_{c}(B,θ)$的磁角各向异性特性的函数。已经发现，对于中等到低的施加电流$I_{a} \leq 0.6~I_{c0}$，其中$I_{c0}$是各个带的自场临界电流，在极端绕组变形下所产生的滞后损耗可以导致能量损耗的增加高达由完美缠绕的线圈产生的损耗的$25\%$。高层次的网格的考虑已被应用，以获得一个现实的帐户的局部和全局的电磁性能的跑道线圈，…我们的研究结果可以作为一个实际的基准，以确定任何2G-HTS赛道线圈应用的相对损耗，揭示可能的线圈绕组错位可以推断的物理指纹。
2019-07-23 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Electromagnetic Assessment and AC Losses of Triaxial Cables with Multiple 2G-HTS Layers Per Phase
为了准确估计超导三轴电缆的交流损耗，我们提出了一个2D模型，能够提供多层三轴电缆的全球评估，验证对交流损耗的单相电缆提供的VNIIKP电缆研究所。四个模型，第一个是单相电缆的50磁带和其他三个三轴电缆由多达135个涂层导体分布在多达9层。设计了一个系统的研究，其中每相的层数从1增加到3，其中至少14个条带分布在第一（最内）相的每层上，第二（中间）相中有15个条带，第三（最外）相中有16个条带。值得注意的是，我们的研究结果表明，考虑所施加电流的幅度的不平衡分布的简单策略，即使对于双层和三层电缆，通常也可以平衡三相之间的磁场，导致在所有情况下可以忽略不计的漏磁。此外，我们的模拟允许第一次看到如何传输和磁化电流分布在整个厚度的所有超导带材，从中我们已经发现，第二阶段的交流损耗通常高于在其他阶段在低到中等的传输电流Itr < 0.8 Ic。然而，取决于SC带在第3相层处的Ic是否低于在第2相处的Ic，在第3相处的层可以在AC损耗上表现出相当大的增量，作为所考虑的HTS带的磁角各向异性的结果，这导致有趣的电磁特征，其表明所施加的传输电流的实际阈值为0.8Ic。同样地，公开了每增加层、每相以及作为所施加电流的函数的AC损耗的相对变化。
2022-10-20 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Method for critical current angular dependencies analysis of superconducting tapes
超导材料的各种应用需要考虑载流容量相对于磁场方向Ic（θ）的各向异性。然而，目前还没有考虑各向异性的足够全面的模型，因此通常不分析角度依赖性，而只是使用各种数学公式来描述。结果，拟合参数没有物理意义，并且难以将图像与微观结构的特征相关联。本文提出了一种基于各向异性钉扎模型的临界电流角依赖性分析方法。该模型对传统的超导Nb-Ti带材的适用性表明，超导带材的Ic（θ）依赖关系为单峰。讨论了将该模型推广到高温超导材料的角度依赖性分析的可能性。
2021-04-28 cond-mat.supr-con
Flux-transfer losses in helically wound superconducting power cables
最小化交流损耗是高温超导体（HTS）交流电力电缆经济运行的关键。这种电缆的相导体的有利构造具有彼此相邻放置并围绕柔性圆柱形线圈架螺旋缠绕的HTS带状导线的两个反向缠绕层。然而，如果磁性材料（诸如带的磁性基底）位于两层之间，或者如果绕组节距角不相反并且在幅度上彼此基本相等，则电流在两层之间不均匀地分布。然后，如果在交流周期中的某个点，两层中的任何一层的电流超过其临界电流，则由于两层之间的通量转移而产生大的交流损耗。详细审查的形式主义，它的应用顺磁性基板的情况下，包括计算这个通量传递损失。
2013-05-29 cond-mat.supr-con
Calculation of AC losses in stacks and coils made of second generation high temperature superconducting tapes for large scale applications
本文提出了一种均匀化方法来模拟第二代高温超导带材在交流传输电流或磁场作用下的堆芯结构。这个想法是找到一个各向异性体等效的堆栈，这样的绝缘，金属，超导和基板层的内部交替结构的几何布局是“洗”出来，同时保持原始堆栈的整体电磁行为。我们忽略假设的临界区域的形状，并使用幂律E-J关系，允许超临界电流密度被认为是。这里提出的方法允许高达2个数量级的计算加速因子相比，充分的2-D模拟考虑到堆栈的实际尺寸，而不影响精度。
2013-08-12 cond-mat.supr-con
A newly developed 10kA-level HTS conductor: innovative tenon-mortise-based modularized conductor (TMMC) based on China ancient architecture
本文提出基于中国传统榫卯结构的模块化高温超导导体TMMC，通过REBCO堆叠完全错位配置提升临界电流各向同性并降低交流损耗，160带材原型在77 K自场下达到13.69 kA。
2023-12-17 cond-mat.supr-con
Resistance of high-temperature superconducting tapes triggered by alternating magnetic field
本文研究交变磁场下高温超导带材的动态电阻特性，通过改进银稳定层并结合实验与H-formulation多层模型，揭示了高频强场下电阻显著增大及损耗发热对总电阻的影响。
2024-12-19 cond-mat.supr-con physics.app-ph
3-D modeling and simulation of 2G HTS stacks and coils
近年来，在若干电力应用中使用2G HTS涂层导体已变得流行。它们在高磁场下的大电流密度使其成为高功率容量应用的合适候选者，例如堆叠、线圈、磁体、电缆和电流引线。因此，在设计和优化过程中，对其电磁特性进行建模和仿真是非常必要的。对于许多应用，当对称性允许时，由1D或2D表示组成的简单模型非常适合于提供对手头问题的满意描述。然而，某些设计，如跑道线圈和有限长度或非直线堆叠，确实造成了3D问题，不能轻易地减少到2D配置。完整的3D模型已经开发出来，但使用它们来模拟超导设备是一项非常具有挑战性的任务，涉及大规模计算问题。在这项工作中，我们提出了一种新的方法来模拟2G高温超导堆和线圈的电磁瞬态行为。该方法最初用于在2D中建模直超导带或圆形线圈的堆叠，现在扩展到3D。其主要思想是为堆叠或线圈构造各向异性的块状等效物，使得绝缘层、金属层、超导层和衬底层的内部交替结构的几何布局减少，同时保持原始设备的整体电磁行为。除了上述的兴趣建模和模拟2G高温超导涂层导体，这项工作提供了一个有效的三维建模和模拟的超导设备的大规模应用的进一步步骤。
2013-12-20 cond-mat.supr-con
3D modeling of a Superconducting Dynamo-Type Flux Pump
高温超导发电机是一种能够以无接触方式向超导电机或磁体的绕组注入大电流的装置。因此，不再需要HTS电机中麻烦的电刷或具有高热损失的笨重电流引线。高温超导发电机的工作机理一直是有争议的，在最近几年，已经提出了几种解释和模型来阐明其性能。在本文中，我们提出了第一个三维（3D）模型的高温超导磁通泵，这与实验符合得很好。该模型有助于阐明发电机的工作机理，并指出其不被注意的特性。利用此模型，我们深入研究了在几个关键的时间步长的屏蔽电流和整个磁带表面的电场分布。这一点很重要，因为已经证明过临界屏蔽电流是磁通泵的原因。此外，我们分析了电场和屏蔽电流的两个分量对电压产生的影响，这在以前的2D建模中是不可能的。我们还探讨了在不同的气隙电压片的必要距离，以精确测量的电压在磁带在发电机。
2020-11-04 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Experimental and theoretical study of AC losses in variable asymmetrical magnetic environments
测量交流损耗的高温超导带放置在两个大容量的高磁导率的磁屏蔽之间进行应用量热技术的各种不对称的屏蔽安排。实验得到了支持的分析计算和有限元模拟的场和电流分布，基于Bean模型的临界状态。模拟的电流和磁场分布完美地再现了某些屏蔽几何形状的解析解。随之而来的交流损耗的评估表现出良好的协议与测量的磁带之间的磁铁的中心位置，但增加的差异时，磁带接近屏蔽。这可以通过导电屏蔽中的涡流和磁滞损耗的增加的贡献来解释。
2017-05-15 cond-mat.supr-con
Concepts of Static vs. Dynamic Current Transfer Length in 2G HTS coated conductors with a Current Flow Diverter Architecture
本文采用实验和数值模拟的方法来重新审视电流转移长度（CTL）的概念，在第二代高温超导体涂层导体与电流分流器（CFD）架构。计算流体动力学架构已经实施了八个商业涂层导体样品从THEVA。为了测量样品的银稳定层中的2-D电流分布，我们首先使用定制的120个电压抽头的阵列来测量表面电位分布。然后，所谓的“静态”CTL（$λ_s$）提取使用半解析模型，拟合实验数据。本文所定义的二维域上的静态CTL是文献中常用定义的推广。此外，我们使用了一个3-D有限元模型来模拟我们的计算流体动力学样本中的正常区传播，以量化他们的“动态”CTL（$λ_d$），本文介绍的一个新概念，定义为在淬火区传播过程中观察到的CTL。结果表明，对于CFD架构，$λ_d$总是大于$λ_s$，而$λ_d = λ_s$当稳定剂和超导体层之间的界面电阻在各处都相同时。我们证明了这些不同行为的原因与正常区域的形状有关，对于CFD架构，正常区域是弯曲的，否则是矩形的。最后，我们表明NZPV与$λ_d$成比例，而不是与$λ_s$成比例，这表明动态CTL $λ_d$是CTL的最一般定义，当正常区域周围发生电流拥挤和不均匀产热时，应始终使用动态CTL。
2021-03-23 cond-mat.supr-con
Computational Modelling of Russia's First 2G-HTS Triaxial Cable
在开发用于高压交流系统的超导电缆时，需要更好地理解三相之间的相互作用。特别关注实际电力传输电缆的能量损耗，在本文中，我们利用所谓的H-公式的麦克斯韦方程组设计一个二维模型的超导三轴电缆。该模型的主要目的是理解和再现SuperOx和VNIIKP开发的第一个三轴原型电缆上报告的实验观察结果。计算建模和原型电缆由多达87条4 mm宽的SuperOx胶带组成，这些胶带跨三相排列。我们的计算结果进行比较VNIIKP与电接触法进行的实验测量，显示出高精度的电缆的外部相位，同时揭示了技术问题的实验测量在内部相位。因此，在咨询VNIIKP后，得出的结论是，为了实际实验测量内相的交流损耗，以及整个电缆的交流损耗，必须建立一个复杂的量热装置。我们的模型仍然能够提供一个独立的评估VNIIKP-SuperOx电缆的设计，通过调查在时域中的每个相位的磁剖面。从这个意义上说，我们确认，电流的不平衡安排和相间的距离肯定会导致没有磁泄漏，因此，电缆电感的充分平衡。
2022-01-21 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Accounting the size distribution of HTS granules for the critical current density from magnetic measurements
针对多晶高温超导体磁化由单颗粒超电流决定的特性，研究晶粒尺寸分布对电流环流有效尺度的影响，发现计算晶内电流密度的有效尺寸远大于平均晶粒尺寸。
2025-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Superconducting Cables Characterization with an electrical method
高温超导体带材的交流损耗是大功率应用的重要设计参数。电气方法通常用于SC磁带上的损耗测量，当结果与计算估计值进行比较时，通常使用简单的理论模型，如Norris Brandt。简单的模型通常不考虑电磁动态效应，但它们的存在可能会破坏测量数据。在本文中，一个传统的铜杆样品进行了初步研究，以评估皮肤电流的样品损失的电方法获得的措施的影响。测量程序已被施加到SC YBCO磁带（Superpower SCS4050AP），获得电路配置相关的结果。由于SC损耗显然必须与测量电路无关，因此由集肤电流引起的系统误差肯定起作用。皮肤电流引起的误差总是存在的，为了应用电学方法进行损耗估计，唯一的可能性是使其最小化。最后将提出要采用的测量电路的最佳选择，以最大限度地减少皮肤电流的不希望的贡献。
2018-09-19 cond-mat.supr-con
Modeling and simulation of termination resistances in superconducting cables
我们解决的问题建模终端电阻，这在很大程度上是负责超导电缆中的电流分布不均。为此，我们提出了三个DC模型。在第一模型中，提出了考虑连续E-J关系的0 D电路式方法。第二个模型使用麦克斯韦方程的2D H-公式，对电场项有新的贡献，该项考虑了端接电阻引起的电压降。第三个模型，基于麦克斯韦方程组的3D H-公式，使用一种新的技术来模拟终端电阻和超导电缆在一个紧凑的框架内，计算使用两个非连接域的贡献。讨论了每种模型的优缺点。特定的应用程序，其中一个给定的模型是最好的拟合也被认为是。对于由4根高温超导带材组成的叠带电缆，模型的预测与实验结果吻合较好。总的来说，这项工作提出了一个调色板的三种不同的数值工具，用于计算电缆中的电流分布组成的多个磁带，终端电阻也考虑在内。一种模型的选择取决于特定的应用和所需的精度
2017-05-29 cond-mat.supr-con
3D Modeling of the Magnetization of Superconducting Rectangular-Based Bulks and Tape Stacks
近年来，数值模型已经成为研究超导体电磁行为的流行和有力的工具。最需要这种进步的一个领域是超导体电磁行为的3D建模。为此，最近定义了一个基准问题，该问题由超导立方体受到垂直于其一个面的AC磁场组成，并成功地解决了该问题。在这项工作中，更相关的应用程序的情况进行了研究：超导平行六面体散装与磁场平行于它的两个面，并使一个角度与另一个没有和进一步约束的可能方向的电流。后一约束可用于模拟一堆高温超导体带材的磁化，这些带材在一个方向上电绝缘。对于本研究中使用三种不同的数值方法：最小电磁熵产生（MEMEP）的方法，$H$，制定麦克斯韦方程组和体积积分法（VIM）的三维涡流计算。比较了电流密度分布和能量耗散的结果，指出了无约束电流和约束电流两种情况下的差异。此外，超导体的3D建模相关的各种技术问题进行了讨论，并提供每个模型所需的计算工作量的信息。这项工作构成了HTS数值模拟社区内合作努力的具体成果，并有望成为未来联合调查的垫脚石。
2017-09-28 cond-mat.supr-con
Electro-mechanical properties of REBCO coated conductors from various industrial manufacturers at 77 K, self-field and 4.2 K, 19 T
稀土-钡-铜-氧化物（REBCO）带材现在可从几个工业制造商获得，并且在高场应用中是非常有前途的导体。由于不同的材料和沉积工艺，这些制造商的胶带在机电和机械性能方面可能会有所不同。对于磁体设计人员来说，这些与导体的场临界电流性能一起，在选择合适的导体时具有最高的重要性。在这项工作中，应变和应力的载流能力的依赖性以及应力和应变的相关性进行了研究的商业涂层导体从布鲁克HTS，藤仓，SuNAM，SuperOx和SuperPower在77 K，自场和4.2 K，19 T。
2015-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Maintaining high Q-factor of superconducting YBa$_2$Cu$_3$O$_{7-x}$ microwave cavity in a high magnetic field
在高磁场中的高Q因子微波谐振器可以在从加速器设计到轴子暗物质搜索的广泛领域中有很大的用途。用于放置在高场中的超导腔的材料的自然选择是具有高临界场的高温超导体（HTS）。然而，在三维表面上沉积高质量的晶粒取向的HTS膜在技术上是具有挑战性的。我们已经制作了一个圆形的谐振腔与商业YBa $_2$铜$_3$ O $_{7-x}$（YBCO）磁带覆盖整个内壁和测量的Q-因子在4 K在6.93 GHz的外部直流磁场的函数。我们证明了超导YBCO腔的高Q因子从1 T到8 T没有明显的退化。这是高温超导技术在需要高射频强磁场的研究领域的可能应用的第一个迹象。
2019-04-10 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Open Source Codes for Computing the Critical Current of Superconducting Devices
为了传输足够高的电流，高温超导体（HTS）带材被组装成不同形式的电缆结构。在这样的电缆中，带被紧密地包装并且具有强的电磁相互作用。特别是，所产生的自场是相当可观的，并且可以在减少电缆可以有效承载的最大电流方面做出重要贡献。为了能够预测所述电缆结构的临界电流，最近已经提出了静态数值模型。在这方面的贡献，我们详细介绍了在不同的编程环境，包括有限元为基础的和一般的数值分析程序，无论是商业的开源等模型的实现。的准确性和计算速度的不同实现的模型进行了比较的情况下，罗贝尔电缆。该模型也被用来评估选择一个非常准确的描述的角度Jc（B）的超导体的依赖作为输入的材料的属性的重要性。数字代码是开放源码的，免费提供给感兴趣的用户。
2015-09-14 cond-mat.supr-con
Modeling of Airgap Influence on DC Voltage Generation in a Dynamo-Type Flux Pump
高温超导（HTS）磁通泵是一种很有前途的装置，可用于维持高温超导磁体的恒定电流模式或以非接触方式激励电机和发电机的转子绕组。在各种类型的流量泵中，电动式流量泵由于其结构简单，易于维护而非常常见。然而，尽管最近取得了进展，但对电机型通量泵的原理的理解一直具有挑战性。为了应对这一挑战，数值模拟已被证明是一个合适的工具。建模通常是快速，精确，具有成本效益，并能够检查一些细节，这是很难通过测量。为此，一个有效的数值模型的基础上最小电磁熵产生（MEMEP）方法已被用来研究的磁通泵在开路模式下的性能。该模型与实验结果吻合较好，是一种计算速度最快、效率最高的流量泵模型。除了磁通泵的主要行为外，还研究了气隙对磁通泵开路直流电压的影响。这项研究揭示了高温超导磁通泵的一个重要特性，即随着气隙的增加，超导带材中的泵浦电压不会停止，而只是达到一个微不足道的低值，这是无法通过实验测量的。此外，将开路直流电压的建模结果与Bumby \textit{et al.} \cite{bumby2016anomalous} 2016年发表的文章中获得的实验结果进行了比较，结果显示出良好的一致性。
2019-09-26 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Optimisation and Loss Analyses of Pulsed Field Magnetisation in a Superconducting Motor with Cryocooled Iron Cores
本文开发并验证二维电磁-热耦合数值模型，通过改变HTS堆叠层数和脉冲电流幅值探索其行为，确定最佳组合以实现最大磁化场，评估磁化损耗并提出计算方法，为超导电机设计提供参考。
2024-12-02 cond-mat.supr-con physics.app-ph
High current DyBCO-ROEBEL Assembled Coated Conductor (RACC)
低交流损耗高传输电流HTS电缆（>1 kA）需要应用于Transformers、发电机，并被考虑用于未来几代聚变反应堆线圈。2G涂层导体是在50-77 K的相当高的操作温度下的高场应用的合适候选者，这是经济冷却成本的关键先决条件。作为一项可行性研究，我们提出了第一个ROEBEL酒吧电缆约。35 cm长，由工业DyBCO涂层导体（THEVA GmbH，德国）制成。使用专门设计的工具从10 mm宽的CC带切割出具有180 mm捻距的4 mm宽的曲折形ROEBEL股线。股线以平均157安培/厘米宽的直流电承载，并组装成具有5股线的子电缆和具有16股线的最终电缆。对5股电缆进行测试，并在77 K下承载> 300 Amps DC的传输电流，相当于各个股传输临界电流的总和。16股电缆通过加热效应和不充分的稳定性和电流共享来限制500 A。脉冲电流负载表明16股电缆的载流电位> 1 kA。
2005-10-06 cond-mat.supr-con
Superconducting cavity in a high magnetic field
高Q值微波谐振腔在强磁场中有着广泛的应用前景，特别是在轴子暗物质研究中，可以提高扫描速度。在这封信中，我们介绍了一个与商业YBCO磁带覆盖整个内壁的形谐振腔。我们证明了超导YBCO腔的最大Q因子（TM $_{010}$，6.93 GHz）比铜腔的高约6倍，并且在4 K下直到8 T没有明显的退化。这是高温超导技术在高射频、强磁场中要求低损耗的研究领域的可能应用的第一个迹象。
2020-04-27 cond-mat.supr-con hep-ex physics.app-ph
Estimation of Self-Field Critical Current and Transport-Magnetization AC Losses of Roebel Cables
高温超导涂层导体制成的罗贝尔电缆具有工程电流密度大、损耗低等优点，被认为是一种很有前途的绕线电缆。组成的曲折形股线非常紧密地组装到电缆中，这导致它们之间的强电磁相互作用。这种相互作用深刻地影响电缆的有效自场临界电流（$I_c$），其远低于组成股线的$I_c$的总和。此外，AC损耗受材料的性质和电缆的几何配置的影响。能够预测这种电缆的有效临界电流和交流损耗对于正确设计应用非常重要：由于电缆几何形状和材料特性的复杂性，这种预测只能使用先进的数值工具进行。在这方面的贡献，我们使用有限元为基础的模型来计算有效的$I_c$和交流损耗的罗贝尔电缆组成的31股使用磁带从两个制造商。在传输电流和与电流成比例的背景垂直场同时存在的情况下，分析了交流损耗，这反映了绕组中发生的情况。我们的模型包括$J_c(B,θ)$在~77 K的角度依赖性，这是非常不同的两种材料。通过模拟结果与测量液氮蒸发量热法获得的实验数据的成功比较，这项工作证实了我们的数值技术用于模拟罗贝尔电缆及其设备的电磁行为的适用性和效率。
2015-10-21 cond-mat.supr-con
AC loss and coupling currents in YBCO coated conductors with varying number of filaments
高温超导涂层导体（CC）的条纹作为一种减少其磁化交流损耗的方法，在过去几年中一直是几个研究小组深入研究的主题。虽然这种方法的原理是众所周知的，但由于制造和技术限制，其在电力应用中使用的商业材料上的实际应用仍然远未实现。在磁带质量和条纹技术的最新进展，现在使系统的研究的影响，灯丝的数量对交流损耗的减少与一致性，这是不可能的，在过去。在这项工作中，我们证明了技术的可行性，减少磁化损失的市售CC条纹成大量的灯丝（高达120）。损耗降低超过一个数量级，并且不会以载流能力为代价：具有10和20根灯丝的样品不受条纹过程的影响，而具有80和120根灯丝的样品仍然分别保持80%和70%的载流电位。我们还调查了横向电阻率，以了解耦合电流所遵循的路径：我们发现，耦合电流precurrently在金属基板中流动，而不是进出的灯丝。最后，我们使用氧化作为一种方法来减少耦合电流和损耗。这项工作的贡献是三方面的：1）它描述了在市售CC中产生大量高质量条纹的技术诀窍，大大减少了它们的损失，而不会广泛降低它们的传输特性; 2）它提供了所述样品的全面表征（例如在宽频率范围内的测量、横向电阻分布、氧化对DC和AC行为的影响）; 3）它提供了关于耦合电流的模式的新见解。
2017-05-29 cond-mat.supr-con
Electromotive force and magnetization process of a superconducting traveling-wave flux pump
提出基于行波磁通泵的超导涡旋宏观操控方法，结合直流磁场自适应控制实现工业级高精度直流输出，并通过受控磁通流动模型阐明动生电动势机制。
2023-06-05 cond-mat.supr-con physics.app-ph
