專利名稱：采用阻尼部件的超導(dǎo)限流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限流裝置，具體地說，涉及一種通過采用磁芯來改善其限流性能的超導(dǎo)限流裝置，該磁芯具有一個(gè)阻尼部件和一個(gè)磁性支路(magnetic leg)，該磁性支路的一部分由導(dǎo)磁率小于磁芯的導(dǎo)磁率的材料制成，或者被充填這種材料。
通常，大多數(shù)電路配有防范瞬變負(fù)荷阻抗或者電力浪涌引起的過高電流的保護(hù)性措施，例如熱熔保險(xiǎn)絲或斷器開關(guān)。但是，在預(yù)定電流水平或電流-時(shí)間乘積下斷開電路的常用熱熔保險(xiǎn)絲或斷路開關(guān)動(dòng)作緩慢，不能響應(yīng)快速瞬變。另外，斷路開關(guān)只適用于較小的電流。
為了克服上述缺點(diǎn)，已提出了和保險(xiǎn)絲或斷路開關(guān)同時(shí)采用的各種限流器。其中一種是超導(dǎo)限流裝置，它利用了超導(dǎo)體的磁通量對(duì)消效應(yīng)。
參考

圖1，圖中圖解說明了超導(dǎo)體100的磁通量對(duì)消效應(yīng)。
如果超導(dǎo)體100暴露于在超導(dǎo)體100中感應(yīng)產(chǎn)生低于臨界水平的電流I的磁場(chǎng)H中，則超導(dǎo)體100處于超導(dǎo)狀態(tài)。于是，在對(duì)消施加給超導(dǎo)體100的磁場(chǎng)H的方向上產(chǎn)生起因于電流I的反向磁場(chǎng)-H。從而，耦結(jié)超導(dǎo)體100的磁場(chǎng)H被反向磁場(chǎng)-H抵消。
另一方面，在存在在超導(dǎo)體100內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生超過臨界水平的電流的磁場(chǎng)H的情況下，超導(dǎo)體變成有阻狀態(tài)，其中從超導(dǎo)狀態(tài)到有阻狀態(tài)的轉(zhuǎn)變極大地削弱了反向磁場(chǎng)-H，導(dǎo)致超導(dǎo)體100的磁通量對(duì)消性能的降低。于是，耦結(jié)超導(dǎo)體100的磁場(chǎng)H不被反向磁場(chǎng)-H抵消。
現(xiàn)在參考圖2，圖中提供了一種采用常規(guī)超導(dǎo)限流裝置10的例證電氣裝置5，該超導(dǎo)限流裝置10利用了超導(dǎo)體的磁通量對(duì)消效應(yīng)。超導(dǎo)限流裝置10包括初級(jí)繞組110、超導(dǎo)部件120和可飽和磁芯130，其中初級(jí)繞組110使超導(dǎo)限流裝置10和外部電路20電耦接，外部電路20經(jīng)過端子A和B包括，例如電壓源Vs和負(fù)載電阻RL。圖中，初級(jí)繞組110呈導(dǎo)電線圈的形式，超導(dǎo)部件120呈超導(dǎo)環(huán)的形式。
在電氣裝置5中，由電壓源Vs和電氣裝置5的總阻抗確定的電路電流流經(jīng)負(fù)載電阻RL和初級(jí)繞組110。這種情況下，總阻抗主要由負(fù)載電阻RL和和歸因于超導(dǎo)限流裝置10的附加阻抗確定。
下面將參考圖3來說明圖2中圖解說明的電氣裝置5的操作。
在正常情況下，如果低于圖3中的轉(zhuǎn)變點(diǎn)P的正常電流流入初級(jí)繞組110，則超導(dǎo)部件120保持超導(dǎo)狀態(tài)。于是，如上參考圖1所述，超導(dǎo)部件120產(chǎn)生的反向或相反的磁通量抵消初級(jí)繞組110產(chǎn)生的磁通量，使初級(jí)繞組110的電感近似于零。于是，由于超導(dǎo)限流裝置10的阻抗只由其中的磁漏電感和初級(jí)繞組110的電阻決定，起因于超導(dǎo)限流裝置10的附加阻抗變得很小，從而允許正常電流流過電氣裝置5，而不致經(jīng)歷歸因于超導(dǎo)限流裝置10的相當(dāng)大的阻抗變化。
另一方面，在故障情況下，如果由，例如瞬時(shí)負(fù)載阻抗變化或電力浪涌引起的高于圖3中所示轉(zhuǎn)變點(diǎn)P的故障電流流入初級(jí)繞組110中，則超導(dǎo)部件120變成有阻狀態(tài)，因?yàn)楣收想娏髟诔跫?jí)繞組110中產(chǎn)生磁通量，該磁通量在超導(dǎo)部件120內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生高于臨界水平的電流。于是，如上關(guān)于圖1所述的那樣，初級(jí)繞組110產(chǎn)生的磁通量不能被超導(dǎo)部件120產(chǎn)生的反向磁通量抵消。因此，一旦在超導(dǎo)部件120中發(fā)生從超導(dǎo)狀態(tài)到有阻狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，則最終的凈磁通量突然增大端子A和B之間的電感；超導(dǎo)限流裝置10的阻抗也突然增大。于是，電氣裝置5的總阻抗突然增大，從而可限制流過電氣裝置5的故障電流的水平。
但是，如圖3中所示，如果故障電流不受超導(dǎo)限流裝置10引起的阻抗的限制，并且接近飽和點(diǎn)Q，在該飽和點(diǎn)Q，磁芯130被飽和，則初級(jí)繞組110的電感降到相當(dāng)?shù)偷闹?；超?dǎo)限流裝置10引起的附加阻抗也降到相當(dāng)?shù)偷闹?。于是，如果最終磁芯130被飽和，則非常大的電流可能流過并損壞外部電路20。
通過把超導(dǎo)限流裝置設(shè)計(jì)成支持高飽和電流可克服這種飽和問題。但是，這將導(dǎo)致超導(dǎo)限流裝置，尤其是磁芯的尺寸、重量及各個(gè)部件的成本的顯著增加。
于是，為了克服上述缺陷，已經(jīng)介紹了一種包括磁芯的超導(dǎo)限流裝置，該磁芯包括阻尼線圈和具有空氣間隙的磁性支路。在共同擁有的同時(shí)待審申請(qǐng)，中國(guó)專利申請(qǐng)No.97118655.3(申請(qǐng)日1997年9月18日)，名稱為“具有阻尼線圈的超導(dǎo)限流裝置”中公開了這種超導(dǎo)限流裝置。
但是，這種常規(guī)的限流裝置具有這樣的缺點(diǎn)，即磁性支路的導(dǎo)磁率只由空氣間隙的間隙距離控制，因?yàn)椴僮鬟^程中，限流裝置的空氣間隙最終將被導(dǎo)磁率不可調(diào)節(jié)的環(huán)境物質(zhì)，例如空氣、油或冷卻劑占據(jù)。此外，由于磁性支路中的空氣間隙，這種常規(guī)限流裝置在結(jié)構(gòu)上不結(jié)實(shí)。
于是，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的超導(dǎo)限流裝置，它采用具有一個(gè)阻尼部件和一個(gè)磁性支路的磁芯，所述一個(gè)磁性支路的一部分由導(dǎo)磁率小于磁芯的導(dǎo)磁率的材料制成，或者被充填這種材料，從而消除了現(xiàn)有技術(shù)的裝置中涉及導(dǎo)磁率修整(tailor)的限制，增強(qiáng)了磁芯并解決了磁芯的飽和問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種限制電路中電流的裝置，它包括具有飽和狀態(tài)和非飽和狀態(tài)的可磁飽和磁芯；和使磁芯和電路電耦接的輸入線圈，輸入線圈引導(dǎo)電流通過其中，以便在磁芯中產(chǎn)生磁通量；其中磁芯包括引導(dǎo)產(chǎn)生的磁通量的主回路和至少兩個(gè)磁通回路，第一磁通回路引導(dǎo)磁通量的第一部分；第二磁通回路引導(dǎo)磁通量的第二部分，并且具有用于至少抵消一部分第二部分磁通量，從而防止磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)的阻尼部件。
結(jié)合附圖，根據(jù)給定的最佳實(shí)施例的下述說明，本發(fā)明的上述及其它目的和特征將是顯而易見的，其中圖1圖解說明了超導(dǎo)體的磁通對(duì)消效應(yīng)；圖2表示了采用常規(guī)的超導(dǎo)限流裝置的電氣裝置；圖3用圖表示了超導(dǎo)限流裝置中的磁芯的磁化曲線；圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超導(dǎo)限流裝置；
圖5提供了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的超導(dǎo)限流裝置；圖6提供了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的超導(dǎo)限流裝置；圖7提供了根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器；圖8表示了根據(jù)本發(fā)明的變壓器。
參考圖4-6，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的超導(dǎo)限流裝置。
圖4中提供了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超導(dǎo)限流裝置10A。
超導(dǎo)限流裝置10A包括具有多個(gè)，例如三個(gè)磁性分支部件(或者支路)，例如第一到第三磁性支路58A-58C的磁芯50，所述多個(gè)磁性分支部件在兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)的部件(或者軛鐵)，例如上軛鐵58D和下軛鐵58E之間延伸。磁芯50可由具有飽和狀態(tài)和不飽和狀態(tài)的任意可磁飽和材料制成，第二磁性支路58B具有引發(fā)部件55(causing element)，引發(fā)部件55由導(dǎo)磁率小于上、下軛鐵58D和58E，及第一、第二磁性支路58A和58B的導(dǎo)磁率的材料制成，或者被充填這種材料，其中第二磁性支路58B由引發(fā)部件55分成兩部分。換句話說，引發(fā)部件55由磁阻大于磁芯50的其它部分的磁阻的材料制成，或者被充填這種材料。構(gòu)成引發(fā)部件55的材料可以是磁性材料，也可以是非磁性材料，只要該材料的導(dǎo)磁率小于磁芯50的其它部分的導(dǎo)磁率即可。該材料可以是固體、氣體或液體，或者是它們的組合物。但是，在本發(fā)明中，該材料最好是固體，例如諸如μ金屬或類似物之類的金屬材料。假如純碎的固體不被用作引發(fā)部件55，則引發(fā)部件55應(yīng)由剛性材料密閉，以使其結(jié)構(gòu)和功能的完整性不受環(huán)境影響。引發(fā)部件55的橫截面積可變；但是引發(fā)部件55的橫截面積最好大體上與第二磁性支路58B的橫截面積相等。超導(dǎo)限流裝置10A通過輸入線圈，即初級(jí)繞組52與外部電路(圖中未表示)耦接，如圖2中的電氣裝置中所示，輸入線圈，即初級(jí)繞組52借助兩個(gè)端子，例如A和B與外部電路連接。超導(dǎo)限流裝置10A還包括如圖2中的超導(dǎo)部件54，及環(huán)繞具有引發(fā)部件55的第二磁性支路58B的阻尼部件56。
初級(jí)繞組52呈最好纏繞不具有引發(fā)部件的磁性支路，例如第一磁性支路58A，或者超導(dǎo)部件54的預(yù)定匝數(shù)的線圈的形式，并且由導(dǎo)電材料制成，該導(dǎo)電材料可以是超導(dǎo)材料或者非超導(dǎo)材料，即一般的導(dǎo)電材料。超導(dǎo)部件54由呈一個(gè)或多個(gè)環(huán)、圓筒、短路線圈或類似物的形式的超導(dǎo)體構(gòu)成，一個(gè)不具有引發(fā)部件的軛鐵或者磁性支路貫穿其中。
初級(jí)繞組52和超導(dǎo)部件54可位于鐵芯50上除具有引發(fā)部件的磁性支路之外的任何一個(gè)部分或多個(gè)部分上。更具體地說，在某一不具有引發(fā)部件的磁性支路上，或者在磁芯50的一個(gè)軛鐵上，初級(jí)繞組52和超導(dǎo)部件54可如圖2中所示地并排安置在一起，或者如圖4和5中所示，可把初級(jí)繞組52和超導(dǎo)部件54中的一個(gè)設(shè)置在另一個(gè)的內(nèi)部或外部?；蛘?，初級(jí)繞組52和超導(dǎo)部件54中的一個(gè)可設(shè)置在軛鐵或者不具有引發(fā)部件的磁性支路上，而另一個(gè)存在于不同的軛鐵或者不具有引發(fā)部件的不同磁性支路上。不過最好把初級(jí)繞組52和超導(dǎo)部件54安置在一起，即，如圖4和5中所示，一個(gè)位于另一個(gè)的內(nèi)部或外部。如果把初級(jí)繞組52和超導(dǎo)部件54單獨(dú)地設(shè)置在磁芯50上，則可能產(chǎn)生不能被超導(dǎo)部件54消除的漏磁通，從而降低超導(dǎo)部件54的磁通對(duì)消效應(yīng)。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，阻尼部件56由超導(dǎo)材料制成，并且呈一個(gè)或多個(gè)環(huán)、圓筒、短路線圈或類似物的形式，具有引發(fā)部件的磁性支路，例如第二磁性支路58B貫穿其中。例如，在圖4所示的實(shí)施例中，阻尼部件56采用軸向相互堆疊的三個(gè)超導(dǎo)環(huán)來環(huán)繞第二磁性支路58B。
下面，將參考圖3和4來說明超導(dǎo)限流裝置10A的操作。
在正常情況下，即如果某一預(yù)定范圍內(nèi)，例如低于圖3中所示P的正常電流流入初級(jí)繞組52中，則由于因初級(jí)繞組52中的該正常電流而產(chǎn)生磁通量，超導(dǎo)部件54保持超導(dǎo)狀態(tài)，該磁通量在超導(dǎo)部件54中引起低于臨界水平的電流。于是由初級(jí)繞組52產(chǎn)生的磁通量被超導(dǎo)部件54產(chǎn)生的相應(yīng)的反向磁通量所抵消，于是沒有磁通量將穿過磁芯50。于是，通過端子A和B觀察到的電感變得很低，使超導(dǎo)限流裝置10A的阻抗變低，超導(dǎo)限流裝置10A對(duì)外部電路的操作的影響可忽略。
另一方面，在故障情況下，如果流入初級(jí)繞組52中的故障電流超出預(yù)定的范圍，并且產(chǎn)生在超導(dǎo)部件54中感應(yīng)產(chǎn)生大于臨界水平的電流的磁通量，則超導(dǎo)部件54變成有阻狀態(tài)，從而失去其磁通量對(duì)消性能特征。于是，超導(dǎo)限流裝置10A的阻抗增大，這樣，可限制流過外部電路的故障電流的水平。
在圖2中所示的常規(guī)超導(dǎo)限流裝置10中，如果故障電流不被抑制，而是持續(xù)不斷地增大，接近飽和點(diǎn)，例如圖3中所示的Q，在該點(diǎn)磁芯130被飽和，則超導(dǎo)限流裝置10的阻抗再次快速降低，以致極大的故障電流流過并損害外部電路。
但是根據(jù)本發(fā)明，可通過利用第二磁性支路58B的引發(fā)部件55和阻尼部件56的組合作用遲滯或防止磁芯50的飽和，解決這種飽和問題。
具體地說，在故障情況下，按照磁芯中的磁通密度，在磁芯50中形成兩個(gè)并行的磁通回路，即經(jīng)過第一及第三磁性支路58A和58C的第一封閉回路59，和經(jīng)過第一及第二磁性支路58A和58B的第二封閉回路57。換句話說，在磁芯50中存在三個(gè)磁通回路，即經(jīng)過用于磁芯50中產(chǎn)生的總磁通量的第一磁性支路58A的主磁通回路，經(jīng)過用于總磁通量的多數(shù)磁通量的第三磁性支路58C的初級(jí)磁通回路，及經(jīng)過用于總磁通量的剩余部分的第二磁性支路58B的次級(jí)磁通回路。
更具體地說，直到第三磁性支路58C被飽和為止，磁芯50的第三磁性支路58C的導(dǎo)磁率大于具有引發(fā)部件55和阻尼部件56的第二磁性支路58B的導(dǎo)磁率，因?yàn)榈诙判灾?8B的導(dǎo)磁率很低，并且由于引發(fā)部件55的緣故，其導(dǎo)磁性幾乎恒定。于是，初級(jí)繞組52產(chǎn)生的磁通量主要沿第一封閉回路59流動(dòng)。當(dāng)磁通量變大時(shí)，通過磁性支路58A和58C的磁通量接近飽和點(diǎn)，第三磁性支路58C的導(dǎo)磁率降低，而第二磁性支路58B保持幾乎恒定的導(dǎo)磁率。于是，磁通量開始沿著第二封閉回路57流動(dòng)。在磁性支路中磁通量分布的條件可由磁芯50的特征控制，例如引發(fā)部件55的尺寸，及構(gòu)成引發(fā)部件55的材料的導(dǎo)磁性能。
具體地，如果相對(duì)較低的故障電流流入初級(jí)繞組52，并且第三磁性支路58C的導(dǎo)磁率仍大于具有引發(fā)部件55的第二磁性支路58B的導(dǎo)磁率，則初級(jí)繞組52產(chǎn)生的磁通量流過第三磁性支路58C，即沿著第一封閉回路59流動(dòng)，而流過第二磁性支路58B，即流過第二封閉回路57的磁通量部分可忽略。
但是，隨著故障電流的增大，通過第三磁性支路58C的磁通量接近飽和點(diǎn)，第三磁性支路58C的導(dǎo)磁率降低，流過第三磁性支路58C的磁通量的比例逐漸降低。另一方面，如前所述，第二磁性支路58B的導(dǎo)磁率保持恒定，于是，流過第二磁性支路58B的磁通量的比例逐漸增大。但是，由于和流過第三磁性支路58C的磁通量部分相比，流過第二磁性支路58B的磁通量部分仍然較小，因此阻尼部件56始終保持其磁通量對(duì)消性能。于是，流過第二磁性支路58B的磁通量被阻尼部件56產(chǎn)生的反向磁通量抵消。于是，沒有磁通量通過第二磁性支路58B，并且由于沿著第二磁性支路58B流動(dòng)的磁通量的抵消，通過磁芯50的磁通量不容量達(dá)到其飽和點(diǎn)。從而，不會(huì)產(chǎn)生磁芯50的飽和問題，并且還可避免故障電流的急劇增大。
本實(shí)施例中，通過第二磁性支路58B的磁通量的數(shù)量與第三磁性支路磁阻和第二磁性支路磁阻的比率成比例。即，隨著第三磁性支路58C的導(dǎo)磁率的降低，通過第二磁性支路58B的磁通量增大，但是由于阻尼部件56具有關(guān)于圖1圖解說明的磁通量對(duì)消性能，因此該磁通量被阻尼部件56抵消。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于故障電流產(chǎn)生的磁通量的一部分被阻尼部件56抵消，從而防止磁芯50進(jìn)入飽和狀態(tài)，超導(dǎo)限流裝置10A可檢測(cè)并限制故障電流，而不需要外部控制器。
參考圖5，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的超導(dǎo)限流裝置10B，其中超導(dǎo)限流裝置10B包括具有阻尼部件66，及含有引發(fā)部件65的磁性支路的磁芯60，該引發(fā)部件65由導(dǎo)磁率小于磁芯60的導(dǎo)磁率的材料制成，或者被充填這種材料。
本實(shí)施例中，磁芯60的第二及第三磁性支路互換位置，并且阻尼部件66呈超導(dǎo)圓筒的形式，代替圖4中所示的超導(dǎo)環(huán)。
除了第二和第三磁性支路的位置及阻尼部件的形狀外，本實(shí)施例中的超導(dǎo)限流裝置10B在功能上和圖4中所示的裝置10A相同；于是將省去對(duì)其結(jié)構(gòu)和操作的說明。
圖6中表示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的超導(dǎo)限流裝置10C，其中超導(dǎo)限流裝置10C包括具有第一到第三支路62A-62C及阻尼部件63的磁芯61。
本實(shí)施例中，和圖4中其一部分是由低導(dǎo)磁率材料制成，或者被充填低導(dǎo)磁率材料的引發(fā)部件的第二磁性支路58B相比，磁芯61的整個(gè)第二磁性支路62B由其導(dǎo)磁率小于第三支路62C的材料制成。
由于本實(shí)施例中的超導(dǎo)限流裝置10C在功能上與圖4中所示的裝置10A相同，因此將省去對(duì)其結(jié)構(gòu)和操作的說明。
即使已經(jīng)相對(duì)于均具有三個(gè)磁性支路的磁芯描述了最佳實(shí)施例，但是仍可改變磁性支路的數(shù)目。例如，磁芯可包括均具有引發(fā)部件和阻尼部件的一個(gè)或多個(gè)磁性支路，以便增強(qiáng)散布磁通量的性能，從而有效地防止磁芯被飽和。類似地，不具有引發(fā)部件和阻尼部件的磁性支路的數(shù)目也可被設(shè)計(jì)成大于2。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于有效地防止了磁芯的飽和，超導(dǎo)限流裝置可避免故障情況下初級(jí)繞組的電感的急劇降低，于是改進(jìn)了限流性能。
另外，由于超導(dǎo)限流裝置通過利用阻尼部件防止飽和問題，而不會(huì)額外增大磁芯的橫截面積，因此可極大地降低超導(dǎo)限流裝置的制造成本。
此外，通過利用本發(fā)明的引發(fā)部件可改進(jìn)具有引發(fā)部件的磁性支路的導(dǎo)磁率的調(diào)節(jié)能力和磁芯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
借助本發(fā)明的引發(fā)部件及阻尼部件獲得的限流性能可用在常規(guī)的感應(yīng)器(或穩(wěn)壓器)中，用于調(diào)節(jié)電路中電流的波動(dòng)。
參見圖7，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明與外部電路70連接的感應(yīng)器75。
感應(yīng)器75包括具有三個(gè)磁性支路78A、78B及78C的磁芯76，其中初級(jí)繞組72布置在第一磁性支路78A上，呈超導(dǎo)環(huán)形式的阻尼部件74環(huán)繞具有引發(fā)部件的第二磁性支路78B。磁芯76可包括三個(gè)以上的磁性支路，但是應(yīng)包括一個(gè)以上不具有引發(fā)部件的磁性支路，及至少一個(gè)具有引發(fā)部件的磁性支路，該引發(fā)部件由導(dǎo)磁率小于磁芯的導(dǎo)磁率的材料制成，或被充填這種材料。
在感應(yīng)器75的結(jié)構(gòu)中，除具有引發(fā)部件的磁性支路之外，初級(jí)繞組72可位于磁芯76的的任何部分上。
如果故障電流與感應(yīng)器75耦接，導(dǎo)致磁芯76接近其飽和狀態(tài)，則通過初級(jí)繞組72的故障電流產(chǎn)生的一部分磁通量開始通過第二磁性支路78B，并被阻尼部件74產(chǎn)生的磁通量抵消。于是，如前面的實(shí)施例中所述，可避免感應(yīng)器75中的磁芯76的飽和，并限制故障電流。
此外，還可通過采用具有本發(fā)明的引發(fā)部件和阻尼部件的磁性支路，由變壓器獲得限流性能。
圖8中提供了與源電路80及負(fù)荷電路81連接的變壓器85。
變壓器85包括具有多個(gè)，例如三個(gè)磁性支路83A、83B及83C的磁芯88，磁性支路包括至少一個(gè)具有引發(fā)部件的磁性支路，引發(fā)部件由導(dǎo)磁率小于磁芯88及不具有引發(fā)部件的兩個(gè)或多個(gè)磁性支路的導(dǎo)磁率的材料制成，或被充填這種材料。初級(jí)繞組82設(shè)置在不具有引發(fā)部件的第一磁性支路83A上，并與源電路80相連。次級(jí)繞組86被安置在，例如不具有引發(fā)部件的第三磁性支路83C上，并與負(fù)荷電路81相連。初級(jí)繞組82和次級(jí)繞組86可由超導(dǎo)材料或非超導(dǎo)材料制成。初級(jí)繞組82用于把來自源電路80的輸入功率提供變壓器85，次級(jí)繞組86用于把初級(jí)繞組82產(chǎn)生的并通過第三支路83C的磁通量所感應(yīng)產(chǎn)生的輸出電力提供給負(fù)荷電路81。阻尼部件84可呈超導(dǎo)環(huán)的形式，并環(huán)繞具有引發(fā)部件的第二磁性支路83B，該引發(fā)部件由導(dǎo)磁率小于磁芯88的導(dǎo)磁率的材料制成，或者被充填這種材料。
在變壓器85的結(jié)構(gòu)中，除具有引發(fā)部件的磁性支路之外，初級(jí)繞組82和次級(jí)繞組86可設(shè)置在磁芯88的任意部分上。
如果故障電流與初級(jí)繞組82或次級(jí)繞組86耦接，從而導(dǎo)致磁芯88接近其飽和狀態(tài)，則故障電流產(chǎn)生的，并通過磁性支路83A和83C的一部分磁通量開始通過第二磁性支路83B，并被阻尼部件84抵消。于是，如前面的實(shí)施例中所述，可避免磁芯88的飽和，并且還可抑制故障電流的增大。如上所述，通過利用具有本發(fā)明的引發(fā)部件和阻尼部件的磁芯，可有效防止流入變壓器的故障電流的急劇增大，并可使變壓器免于異常的故障電流帶來的損壞。
在上面描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，阻尼部件最好由超導(dǎo)材料制成，以便使磁通量對(duì)消性能達(dá)到最大。阻尼部件也可由普通的非超導(dǎo)材料，例如銅或鋁制成。但是這種情況下，由于其固有電阻相對(duì)較高，因此會(huì)極大地降低磁通量對(duì)消效應(yīng)。
本發(fā)明的阻尼部件可以采取任何形式，例如一個(gè)或多個(gè)圓筒、環(huán)、短路線圈或類似物，只要它可為由外部磁通量感應(yīng)產(chǎn)生的電流提供一個(gè)或多個(gè)封閉回路即可。
引發(fā)部件的尺寸和構(gòu)成引發(fā)部件的材料的導(dǎo)磁率也許是控制磁性支路之間的磁通量分布特性的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)參數(shù)，磁性支路之間的磁通量分布特性又決定本發(fā)明的限流性能。
圖7和圖8中所示的感應(yīng)器75和變壓器85的整個(gè)第二磁性支路78B和83B也可如圖6中所示，由低導(dǎo)磁率材料制成。
此外，即使在本發(fā)明的最佳實(shí)施例的描述中沒有清楚地例證說明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然應(yīng)通過利用，例如提供冷卻劑的致冷器把由超導(dǎo)材料制成的部件保持在構(gòu)成它們的超導(dǎo)材料的臨界溫度以下。
本發(fā)明中可使用任意已知的高溫或低溫超導(dǎo)材料。但是本發(fā)明中采用的超導(dǎo)材料最好是具有允許使用液氮之類冷卻劑的臨界溫度的高溫超導(dǎo)材料。
雖然上面只是相對(duì)于某些最佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是在不脫離如下述權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可作出其它修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種限制電路中的電流的裝置，包括具有飽和狀態(tài)和非飽和狀態(tài)的可磁飽和磁芯；和使磁芯和電路電耦接的輸入線圈，輸入線圈引導(dǎo)電流通過其中，以便在磁芯中產(chǎn)生磁通量；其中磁芯包括引導(dǎo)產(chǎn)生的磁通量的主回路和至少兩個(gè)磁通回路，第一磁通回路引導(dǎo)磁通量的第一部分；第二磁通回路引導(dǎo)磁通量的第二部分，并且具有用于至少抵消一部分第二部分磁通量，從而防止磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)的阻尼部件。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中第二磁通回路具有當(dāng)磁芯處于非飽和狀態(tài)時(shí)，使第二部分磁通量相對(duì)于第一部分磁通量的比例可忽略，當(dāng)磁芯接近飽和狀態(tài)時(shí)，使該比例變大的部件。
3.按照權(quán)利要求2所述的裝置，還包括當(dāng)通過輸入線圈的電流在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，使產(chǎn)生的磁通量的大部分被抵消的超導(dǎo)部件，當(dāng)該電流超過預(yù)定范圍時(shí)，超導(dǎo)部件處于有阻狀態(tài)，致使裝置的阻抗隨之增大。
4.按照權(quán)利要求3所述的裝置，其中超導(dǎo)部件設(shè)置在主磁通回路或第一磁通回路上。
5.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其中超導(dǎo)部件呈一個(gè)或多個(gè)環(huán)、圓筒或短路線圈的形式。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其中超導(dǎo)部件沿著主磁通回路或第一磁通回路放置在輸入線圈的內(nèi)部或外部。
7.按照權(quán)利要求2所述的裝置，還包括沿著主磁通回路或第一磁通回路設(shè)置的，并與負(fù)荷電路耦接的輸出線圈，用于把通過設(shè)置有輸出線圈的回路中的磁通量感應(yīng)產(chǎn)生的電能提供給負(fù)荷電路。
8.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其中輸出線圈沿著主磁通回路或第一磁通回路設(shè)置。
9.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其中輸出線圈由超導(dǎo)或非超導(dǎo)材料制成。
10.按照權(quán)利要求2、3和7所述的裝置，其中引發(fā)部件由導(dǎo)磁率小于第一磁通回路的導(dǎo)磁率的材料制成。
11.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中引發(fā)部件由固體制成。
12.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中如果引發(fā)部件由固體之外的材料制成，則引發(fā)部件由剛性物質(zhì)牢固地封閉。
13.按照權(quán)利要求2、3和7所述的裝置，其中阻尼部件由超導(dǎo)或非超導(dǎo)材料制成，并且呈一個(gè)或多個(gè)環(huán)、圓筒或短路線圈的形式。
全文摘要
裝置包括具有飽和狀態(tài)和非飽和狀態(tài)的可磁飽和磁芯,和使磁芯和電路電耦接的輸入線圈,輸入線圈引導(dǎo)電流通過其中,以便由于該電流,在磁芯中產(chǎn)生磁通量。此外磁芯包括引導(dǎo)產(chǎn)生的磁通量的主回路和至少兩個(gè)磁通回路,第一磁通回路引導(dǎo)磁通量的第一部分,第二磁通回路引導(dǎo)磁通量的第二部分,并且具有用于至少抵消一部分第二部分磁通量,從而防止磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)的阻尼部件。
文檔編號(hào)G05F1/22GK1251939SQ9912158
公開日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1999年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月20日
發(fā)明者朱栢, 朱敏皙 申請(qǐng)人:朱栢, 朱敏皙