[發明專利]工業級通用超導磁體系統

有效

• 申請號: 201910957438.1
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110634641B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 陳飛云
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01F6/00
• 分類號: H01F6/00;H01F6/04;H01F6/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種工業級通用超導磁體系統，其特征在于，包括：集成電源系統(100)、超導磁體系統(200)、及由所述超導磁體系統(200)內部引出到所述集成電源系統(100)的監測信號及電壓信號，其中，

所述監測信號，包括：超導磁體系統(200)的低溫容器內部的溫度、壓力、液位傳感器信號(320)；

所述電壓信號，包括：從超導線圈(210)引出的電壓信號(310)、從高溫超導電流引線(250)引出的電壓信號(310)、以及從超導開關模塊(230)的加熱器控制線引出的電壓信號(310)；

所述集成電源系統(100)包括：恒流源及控制模塊(110)和主回路模塊(120)共兩個模塊，所述恒流源及控制模塊(110)與主回路模塊(120)連接；

超導磁體系統(200)包括：超導線圈(210)、被動失超保護模塊(220)、超導開關模塊(230)、傳感器組(240)、高溫超導電流引線(250)和低溫制冷機(260)；

所述恒流源及控制模塊(110)包括：電源控制器模塊(111)、監控模塊(112)和分別與所述電源控制器模塊(111)、監控模塊(112)連接的恒流源模塊(113)；

所述電源控制器模塊(111)分別與超導線圈(210)、高溫超導電流引線(250)、超導開關模塊(230)的加熱器控制線、退磁回路(122)連接；

所述監控模塊(112)與超導磁體系統(200)連接；

主回路模塊(120)包括：電網故障續流回路(121)、退磁回路(122)、主回路開關(123)；

主回路模塊(120)中的主回路開關(123)通過集成電源系統(100)內部的銅母排以及外部的電纜線將恒流源模塊(113)與超導線圈(210)串聯連接，為超導線圈(210)提供電流回路；

主回路模塊(120)中的電網故障續流回路(121)、退磁回路(122)分別與恒流源模塊(113)以及超導線圈(210)并聯連接；所述電源控制器模塊(111)包含人機界面以進行電流設置、狀態顯示，用于接收從超導線圈(210)引出的電壓信號(310)、從高溫超導電流引線(250)引出的電壓信號(310)以及從超導開關模塊(230)的加熱器控制線引出的電壓信號(310)，超導線圈(210)引出的電壓信號(310)用于實時檢測超導線圈(210)的失超電壓，并通過可編程控制器對恒流源及控制模塊(110)、退磁回路(122)內部運行狀態參數進行輸入輸出運算處理，采集集成電源系統(100)的輸出電壓及電流值與失超保護電壓及電流閾值進行實時比較，按照設定的運行及保護邏輯對超導磁體運行及保護進行控制，同時提供遠程數據傳輸接口以實現遠程控制及顯示；所述監控模塊(112)接收超導磁體系統(200)的低溫容器內部的溫度、壓力、液位傳感器信號(320)在人機界面顯示，對于液氦浸泡式冷卻的超導磁體，通過控制液氦中布置的加熱器加熱功率以維持低溫容器內部壓力維持在微正壓的范圍內，以防止空氣被吸入低溫容器內部結冰；所述恒流源模塊(113)采用脈沖寬度調制H橋恒流源，以恒流模式為超導磁體提供所需的工作電流；所述電網故障續流回路(121)在集成電源系統(100)的控制器模塊(111)檢測到電網供電出現短時間中斷時，電網供電出現短時間中斷的依據為檢測到電源供電輸入電壓幅值降低至80％，分斷主回路開關(123)中的開關K1/K2，同時閉合電網故障續流回路(121)中的開關K3，超導線圈(210)中的電流在續流回路中極其緩慢地衰減，維持超導線圈的磁場，電流維持時間td應大于1s，當電網故障時間超過維持時間td后任然沒有恢復正常，則由控制器模塊(111)發出控制信號分斷電網故障續流回路(121)中開關K3，超導線圈(210)內的電流通過退磁回路(122)退除電流，退磁回路(122)內的二極管組的正向導通電壓VF小于被動失超保護模塊(220)內二極管組的正向導通電壓，防止超導線圈(210)在退磁過程中觸發被動失超保護模塊(220)內的二極管組，超導線圈(210)在正常運行結束后也通過退磁回路(122)退除電流；所述超導線圈(210)位于低溫容器內部，使用液氦浸泡方式或者氦制冷機傳導方式冷卻；

所述低溫制冷機(260)提供液氦零蒸發再冷凝或者傳導冷卻的制冷量，低溫制冷機(260)的遠程控制信號連接到電源控制器模塊111，以實現遠程啟動/停止的控制；所述被動失超保護模塊(220)由正反向串并聯的二極管組組成，當超導線圈(210)出現失超，并且阻性電壓超過被動失超保護模塊(220)的二極管組的導通電壓VF后，觸發二極管組導通，與超導線圈(210)形成放電回路，快速移除超導線圈(210)內部的儲能，對超導線圈(210)進行失超保護；所述電源控制器模塊(111)通過實時檢測恒流源模塊(113)的輸出電壓及輸出電流，在檢測到超導線圈(210)出現的失超電壓后，通過分斷主回路開關(123)，閉合退磁回路(122)中的開關K4，與超導線圈(210)形成放電回路，快速退除超導線圈(210)中的電流，移除儲存的能量，對超導線圈(210)進行失超保護；

而對于使用所述超導開關模塊(230)閉環運行的超導磁體系統，恒流運行過程中的超導線圈(210)出現失超時僅通過被動失超保護模塊(220)的放電回路進行退電流失超保護；對于長時間運行的超導磁體，在超導磁體系統(200)低溫容器內部的超導線圈(210)兩端并聯超導開關模塊(230)，超導開關模塊(230)內部的加熱器通過電壓信號(310)接入控制器模塊(111)對超導開關進行通斷控制，以實現超導線圈(210)的勵磁或退磁以及閉環運行切換。

2.如權利要求1所述的工業級通用超導磁體系統，其特征在于，所述高溫超導電流引線(250)為可插拔式的二元高溫超導電流引線。