專利名稱：具有快速開斷的電磁控制式超導開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力系統(tǒng)超導電工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型快速開斷的采用 電磁控制的超導開關(guān)。
背景技術(shù)：
超導開關(guān)是利用超導體處于超導態(tài)時的零電阻，低熱導性質(zhì)，邁斯納效應(yīng)以及超 導態(tài)與常態(tài)迅速轉(zhuǎn)變的性質(zhì)，做成的“開關(guān)”裝置。當超導開關(guān)的導通時電阻為零，很大程 度上能降低儲能電路中的電流在流過開關(guān)時產(chǎn)生的能量損耗；且超導開關(guān)開斷時間短，電 阻變化率比較大，是其它開關(guān)器件如GTR，MOSFET等無法做到的。超導線材運行超導態(tài)時具有三個臨界參量臨界溫度、臨界電流、臨界磁場。當超 導線材的運行參數(shù)超過任一臨界參量時，超導線材超導特性就會失去，因此可以通過影響 超導線材的運行參數(shù)來控制超導開關(guān)的閉合和開斷。傳統(tǒng)超導開關(guān)的控制方式主要有熱控 式和磁控式。熱控式超導開關(guān)是利用線圈中與超導線材接觸的加熱絲來實現(xiàn)超導態(tài)與常態(tài) 之間的轉(zhuǎn)變；磁控式超導開關(guān)則是利用磁場來實現(xiàn)超導態(tài)與常態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，即當外加磁 場超過超導開關(guān)的臨界磁場時，超導開關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)槌B(tài)。熱控式超導開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，但其熱阻尼效應(yīng)的弛豫時間較長，限制開關(guān) 開斷速度的提高。磁控式超導開關(guān)開斷速度受到提供磁場的線圈的自感限制，其開斷速度 主要與磁場在超導開關(guān)線材內(nèi)的擴散速度限制和磁場的瞬時功率有關(guān)，合理的磁體結(jié)構(gòu)能 使磁控開關(guān)開斷速度大大高于熱控開關(guān)，但是其技術(shù)復雜且閉合過程中具有遲滯現(xiàn)象。在實際應(yīng)用中，高溫超導線材的臨界電流都比較大(例如鉍系超導線材的臨界電 流可以高達數(shù)百安培)，所以要通入比較大的觸發(fā)電流才能使超導開關(guān)失超。而大觸發(fā)電流 可能使焊接點(外電流的注入、流出點)和超導開關(guān)失超的歐姆(焦耳)熱效應(yīng)很明顯，造 成臨界電流式超導開關(guān)的溫度升高，且嚴重的局部溫升可能導致超導線絕緣，或是接頭焊 接點融化，從而影響臨界電流式超導開關(guān)的安全運行。

實用新型內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點，本實用新型的目的是降低超導開關(guān)的臨界電流，從而 解決熱控式超導開關(guān)開斷時間長，磁控式超導開關(guān)磁控裝置復雜，臨界電流式超導開關(guān)在 通入大觸發(fā)電流時的發(fā)熱不穩(wěn)定的缺點，并減少臨界電流式超導開關(guān)的觸發(fā)源大小。本實用新型的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。一種具有快速開斷的電磁控制式超導開關(guān)，在由觸發(fā)源、觸發(fā)開關(guān)、超導無感線圈 構(gòu)成臨界電流式超導開關(guān)。在所述超導無感線圈附近設(shè)置一由一個勵磁電源和一個勵磁線 圈構(gòu)成的可向超導線圈提供大小及方向可控的外加磁場的勵磁回路。采用本實用新型的手段，通過增加一簡單勵磁回路，降低了超導開關(guān)開斷時的臨 界電流，解決了磁控式超導開關(guān)磁控裝置復雜的問題；解決了熱控式超導開關(guān)開斷時間較 長的問題；解決了臨界電流式超導開關(guān)焊接點(接頭電阻)及超導開關(guān)失超電阻發(fā)熱不穩(wěn)定的問題，并減少臨界電流式超導開關(guān)的觸發(fā)源大小和了冷卻媒體的揮發(fā)，加速超導開關(guān) 從超導狀態(tài)轉(zhuǎn)換成失超狀態(tài)，從而加速了超導開關(guān)開斷速度，實現(xiàn)一種具有快速開斷能力 的超導開關(guān)。

圖1為本實用新型電磁控制式超導開關(guān)的基本原理圖圖2為本實用新型電磁控制式超導開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。圖中，觸發(fā)電源(1)、觸發(fā)開關(guān)(2)、勵磁電源(3)、杜瓦(4、勵磁線圈(5)、外加磁場 (6)、超導無感線圈(7)。由圖1和圖2可看到，此超導開關(guān)是將勵磁回路引入臨界電流式超導開關(guān)中，當觸 發(fā)開關(guān)(2)斷開時，勵磁線圈(5)不通電，觸發(fā)源(2)無法向超導無感線圈(7)放電，勵磁 線圈(5)與觸發(fā)源(1)對超導開關(guān)無影響，流經(jīng)超導開關(guān)的電流小于其臨界電流，開關(guān)對外 仍呈超導態(tài)；觸發(fā)開關(guān)(2)閉合后，勵磁電源(3)對勵磁線圈(5)供電，從而勵磁線圈(5) 向超導線圈7提供一大小、方向可控的外加磁場(6)，所述外加磁場(6)根據(jù)需要加到超導 線圈(7)上，降低了超導線圈(7)的臨界電流，同時與超導開關(guān)并聯(lián)的觸發(fā)源(1)向超導開 關(guān)放電，使流經(jīng)超導線圈(7)的電流超過超導線圈(7)的臨界電流，此時超導開關(guān)K失超變 為常態(tài)，在開斷過程中加速超導開關(guān)從超導狀態(tài)轉(zhuǎn)換成失超狀態(tài)，從而加速了超導開關(guān)開 斷速度。所述勵磁回路由勵磁電源(3)，勵磁線圈(5)和觸發(fā)開關(guān)(2)組成。勵磁線圈(5) 可采用超導線材繞制也可以采用普通導線繞制。勵磁線圈套在超導線材繞制的無感線圈的 外部。在強磁場、大場角的工作環(huán)境中，臨界電流隨磁場增加下降較慢，而在弱磁場、大場角 工作環(huán)境中，臨界電流隨磁場增加下降較快。在同樣的外磁場作用下，場角(背景磁場與帶 面夾角)越大，其臨界電流值越小，因此與弱磁場、大場角相比，在弱磁場、小場角時，臨界 電流隨磁場的增加衰減得較慢。所以我們把勵磁線圈(5)套在超導線材繞制的無感線圈的 外部，放置在低溫冷源容器(杜瓦)中，此種結(jié)構(gòu)外磁場場角最大為90°，無感線圈的臨界 電流隨外磁場的增加下降最快。當觸發(fā)開關(guān)(2)閉合時，勵磁電源(3)向勵磁線圈(5)提供勵磁電流，勵磁線圈 (5)向超導線圈(7)提供一大小、方向可控的外加磁場，從而降低了超導線圈(7)的臨界電 流，同時與超導開關(guān)并聯(lián)的觸發(fā)源(1)向超導開關(guān)放電，使流經(jīng)超導線圈(7)的電流超過超 導線圈(7)的臨界電流，此時超導開關(guān)K失超變?yōu)槌B(tài)，電阻相對變大，超導開關(guān)呈現(xiàn)為電 阻態(tài)，相當于開斷狀態(tài)；斷開觸發(fā)開關(guān)(2)后，觸發(fā)源(1)和勵磁電源(3)停止放電，勵磁線 圈(5)與觸發(fā)源(1)對超導開關(guān)無影響，流經(jīng)超導開關(guān)的電流低于超導開關(guān)臨界電流，此時 K進入超導態(tài)，電阻變的相對小，相當于閉合狀態(tài)。本實用新型實施例提供的電磁控制式超導開關(guān)，在液氮環(huán)境下，載流能力為100A， 其斷路時間小于5ms。它可以廣泛用于高溫超導儲能脈沖功率系統(tǒng)，以及其他需要快速斷路 開關(guān)的電路系統(tǒng)之中。[0018] 本實用新型所述的電磁控制式的超導開關(guān)，上述針對較佳實施例的描述過于具 體，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新 型的原理，應(yīng)被理解為實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根 據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認為屬于本實用新型的權(quán)利要求的保護 范圍。
權(quán)利要求具有快速開斷的電磁控制式超導開關(guān)，在由觸發(fā)源、觸發(fā)開關(guān)、超導無感線圈構(gòu)成臨界電流式超導開關(guān)，其特征在于在所述超導無感線圈附近設(shè)置一由一個勵磁電源和一個勵磁線圈構(gòu)成的可向超導線圈提供大小及方向可控的外加磁場的勵磁回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之具有快速開斷的電磁控制式超導開關(guān)，其特征在于所述勵 磁線圈套在超導線材繞制的無感線圈的外部。
專利摘要本實用新型公開了一種具有快速開斷的電磁控制式超導開關(guān)，在由觸發(fā)源、觸發(fā)開關(guān)、超導無感線圈構(gòu)成臨界電流式超導開關(guān)，在所述超導無感線圈附近設(shè)置一由一個勵磁電源和一個勵磁線圈構(gòu)成的可向超導線圈提供大小及方向可控的外加磁場的勵磁回路。采用本實用新型的結(jié)構(gòu)降低了超導開關(guān)的臨界電流，解決了磁控式超導開關(guān)磁控裝置復雜的問題；加速超導開關(guān)從超導狀態(tài)轉(zhuǎn)換成失超狀態(tài)，具有加速超導開關(guān)開斷速度，實現(xiàn)快速開斷的優(yōu)點。
文檔編號H03K17/92GK201733287SQ201020256800
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者嚴仲明, 方萬民, 李海濤, 王豫, 邵慧 申請人:西南交通大學