本發(fā)明涉及超導(dǎo)磁體，更具體地說(shuō)，它涉及一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、得益于超導(dǎo)材料無(wú)直流電阻特性，超導(dǎo)材料應(yīng)用強(qiáng)磁場(chǎng)磁體時(shí)具有體積小、功耗低、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，特別是高溫超導(dǎo)材料的迅猛發(fā)展，使得高溫超導(dǎo)磁體有了更強(qiáng)的技術(shù)有合適和更廣泛的應(yīng)用前景。rebco及bi系高溫超導(dǎo)在77k及以下溫度具有實(shí)用化價(jià)值，且溫度越低其電流密度、實(shí)用化磁場(chǎng)越高。由于高溫超導(dǎo)的失超傳播速度較低溫超導(dǎo)慢2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，導(dǎo)致高溫超導(dǎo)磁體在失超后容易出現(xiàn)熱力集中而燒毀，故優(yōu)化磁體的熱穩(wěn)定性是保障磁體安全運(yùn)行的核心問(wèn)題。

2、對(duì)于絕緣型超導(dǎo)磁體，提高磁體熱穩(wěn)定性的方法主要是提高導(dǎo)體電流、減少匝數(shù)和電感，既有利于磁體快速泄能也有利于提高磁體冷卻效率。隨著導(dǎo)體電流的提高，采用傳統(tǒng)電源給磁體供電的方式會(huì)導(dǎo)致磁體的電流引線漏熱過(guò)大、接頭發(fā)熱迅速提高等問(wèn)題，將嚴(yán)重影響磁體供電及低溫系統(tǒng)的建造和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前磁體系統(tǒng)技術(shù)難以做到兼具性能優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和可靠性，是限制高溫超導(dǎo)磁體未得到大量應(yīng)用的重要原因之一。

3、因此，如何研究設(shè)計(jì)一種能夠克服上述缺陷的高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)是我們目前急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，采用高溫超導(dǎo)變壓器、低溫整流器與高溫超導(dǎo)電流引線向磁體供電的方式，省去了傳統(tǒng)的磁體二元電流饋線，極大的減少了磁體勵(lì)磁及正常運(yùn)行過(guò)程中的漏熱，可以顯著提磁體的勵(lì)磁電流、降低勵(lì)磁電壓，明顯提高磁體的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和固有安全性。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，包括變頻器、高溫超導(dǎo)變壓器、低溫整流器、低溫低阻斷路器、低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)、分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體和泄能組件；

3、所述變頻器的輸出端與高溫超導(dǎo)變壓器的輸入端連接；

4、所述高溫超導(dǎo)變壓器的輸出端與低溫整流器的輸入端連接；

5、所述低溫整流器的正極輸出端通過(guò)低溫低阻斷路器與分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體的正極連接，低溫整流器的負(fù)極輸出端通過(guò)低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)與分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體的負(fù)極連接；

6、所述分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體設(shè)置有多個(gè)并聯(lián)的分流抽頭，一對(duì)分流抽頭分別通過(guò)可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線對(duì)應(yīng)連接一個(gè)泄能組件的兩端后形成磁體并聯(lián)的泄能回路，使得泄能組件吸收磁體異常時(shí)泄放的儲(chǔ)能。

7、進(jìn)一步的，所述變頻器將市電轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)定頻率和電壓的初級(jí)交流電，并經(jīng)銅電流引線向高溫超導(dǎo)變壓器初級(jí)供電。

8、進(jìn)一步的，所述低溫整流器由高溫超導(dǎo)帶與低壓場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，用于將高溫超導(dǎo)變壓器輸出的低壓大電流交流電整流為直流。

9、進(jìn)一步的，所述低溫低阻斷路器和/或低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)通過(guò)高溫超導(dǎo)電流母線與低溫整流器連接。

10、進(jìn)一步的，所述低溫低阻斷路器和/或低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)通過(guò)高溫超導(dǎo)變溫電流引線與分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體連接。

11、進(jìn)一步的，所述分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體由鎧裝內(nèi)冷高溫超導(dǎo)大電流導(dǎo)體繞制而成，且分流抽頭位于磁體端部層繞換位區(qū)間。

12、進(jìn)一步的，所述可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線在正常工況下保持常開(kāi)，在異常工況下迅速閉合。

13、進(jìn)一步的，所述泄能組件包括高阻值泄能電阻、低阻值泄能電阻和igbt開(kāi)關(guān)；低阻值泄能電阻和igbt開(kāi)關(guān)串聯(lián)后與高阻值泄能電阻并聯(lián)。

14、進(jìn)一步的，磁體正常運(yùn)行時(shí)，所述變頻器與分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體之間的高溫超導(dǎo)變壓器、低溫整流器、高溫超導(dǎo)電流母線、低溫低阻斷路器、低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)以及高溫超導(dǎo)變溫電流引線的高溫段通過(guò)迫流液氮進(jìn)行冷卻，溫度維持在78～63k；

15、所述高溫超導(dǎo)變溫電流引線的低溫段、分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體、可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線的低溫段通過(guò)迫流冷氦氣或液氦進(jìn)行冷卻；

16、所述高溫超導(dǎo)變溫電流引線的變溫段通過(guò)傳導(dǎo)冷卻；

17、以及，所述可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線的低溫段在磁體勵(lì)磁前注入液氮冷卻，再通過(guò)傳導(dǎo)冷卻為固氮。

18、進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)及控制模塊；

19、所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)及控制模塊，用于：

20、監(jiān)測(cè)磁體運(yùn)行過(guò)程中高溫超導(dǎo)磁體的溫度、電壓、磁場(chǎng)和應(yīng)力狀態(tài)參數(shù)；

21、在發(fā)生異常時(shí)，控制高溫超導(dǎo)變壓器、低溫整流器、低溫低阻斷路器、低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)、可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線和泄能組件改變工作模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁體泄能。。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、1、本發(fā)明提供的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，采用高溫超導(dǎo)變壓器、低溫整流器與高溫超導(dǎo)電流引線向磁體供電的方式，省去了傳統(tǒng)的磁體二元電流饋線，極大的減少了磁體勵(lì)磁及正常運(yùn)行過(guò)程中的漏熱，可以顯著提磁體的勵(lì)磁電流、降低勵(lì)磁電壓，明顯提高磁體的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和固有安全性；

24、2、本發(fā)明中的高溫超導(dǎo)變壓器與低溫整流器能夠提供遠(yuǎn)高于常規(guī)供電方式的低壓大電流給磁體勵(lì)磁，可極大的減少線圈匝數(shù)和電感，提高磁體的可保護(hù)性；

25、3、本發(fā)明中變頻器與高溫超導(dǎo)變壓器的供電方案，其體積、建造和運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電源與電流饋線方案，高頻變壓時(shí)可向磁體提供較高的勵(lì)磁電壓，以提升勵(lì)磁速率；恒定磁場(chǎng)運(yùn)行時(shí)可采用低頻變壓間歇補(bǔ)償接頭造成的電流損耗，并降低變壓器的交流損耗；

26、4、本發(fā)明中的高溫超導(dǎo)磁體通過(guò)可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線與常溫開(kāi)關(guān)及泄能電阻并聯(lián)，由于正常狀態(tài)下低溫真空斷路器造成的漏熱極低，因此可以對(duì)高溫超導(dǎo)磁體設(shè)置多段并聯(lián)泄能，可以極大的提高磁體的泄能或移能速度，提高磁體失超保護(hù)的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，包括變頻器(1)、高溫超導(dǎo)變壓器(3)、低溫整流器(4)、低溫低阻斷路器(6)、低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)(7)、分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體(9)和泄能組件；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，所述變頻器(1)將市電轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)定頻率和電壓的初級(jí)交流電，并經(jīng)銅電流引線(2)向高溫超導(dǎo)變壓器(3)初級(jí)供電。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，所述低溫整流器(4)由高溫超導(dǎo)帶與低壓場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，用于將高溫超導(dǎo)變壓器(3)輸出的低壓大電流交流電整流為直流。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，所述低溫低阻斷路器(6)和/或低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)(7)通過(guò)高溫超導(dǎo)電流母線(5)與低溫整流器(4)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，所述低溫低阻斷路器(6)和/或低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)(7)通過(guò)高溫超導(dǎo)變溫電流引線(8)與分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體(9)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，所述分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體(9)由鎧裝內(nèi)冷高溫超導(dǎo)大電流導(dǎo)體繞制而成，且分流抽頭位于磁體端部層繞換位區(qū)間。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，所述可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線(10)在正常工況下保持常開(kāi)，在異常工況下迅速閉合。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，所述泄能組件包括高阻值泄能電阻(11)、低阻值泄能電阻(12)和igbt開(kāi)關(guān)(13)；低阻值泄能電阻(12)和igbt開(kāi)關(guān)(13)串聯(lián)后與高阻值泄能電阻(11)并聯(lián)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，磁體正常運(yùn)行時(shí)，所述變頻器(1)與分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體(9)之間的高溫超導(dǎo)變壓器(3)、低溫整流器(4)、高溫超導(dǎo)電流母線(5)、低溫低阻斷路器(6)、低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)(7)以及高溫超導(dǎo)變溫電流引線(8)的高溫段通過(guò)迫流液氮進(jìn)行冷卻，溫度維持在78～63k；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)還包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)及控制模塊；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，涉及超導(dǎo)磁體技術(shù)領(lǐng)域，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：包括變頻器、高溫超導(dǎo)變壓器、低溫整流器、低溫低阻斷路器、低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)、分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體和泄能組件；變頻器經(jīng)高溫超導(dǎo)變壓器、低溫整流器、低溫低阻斷路器、低溫低阻場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)向分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體供電；分段式高溫超導(dǎo)螺線管磁體設(shè)置有多個(gè)并聯(lián)的分流抽頭，一對(duì)分流抽頭分別通過(guò)可關(guān)斷的高溫超導(dǎo)泄能電流引線對(duì)應(yīng)連接一個(gè)泄能組件的兩端后形成磁體并聯(lián)的泄能回路。本發(fā)明省去了傳統(tǒng)的磁體二元電流饋線，極大的減少了磁體勵(lì)磁及正常運(yùn)行過(guò)程中的漏熱，可以顯著提磁體的勵(lì)磁電流、降低勵(lì)磁電壓，明顯提高磁體的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和固有安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：左佳欣,李鵬遠(yuǎn),蔡立君,胡新波,賴小強(qiáng),朱運(yùn)鵬,張騰,魏海鴻,劉金豆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：核工業(yè)西南物理研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2