专利名称：带有失超保护电路的超导磁铁的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超导磁铁，特别涉及一种带有基于大容量IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)的失超保护电路的超导磁铁。
背景技术：
随着超导技术和超导材料的蓬勃发展，超导磁铁有着广阔的应用前景。由于超导磁铁体积小、电流密度高、能耗低、场强高等优点，近年来在基础科学研究、医疗卫生、交通运输、国防工业等重要领域被越来越多的采用。当用于超导磁铁的超导体回复到电阻状态时，称之为失超(Quench)。这可能是由于温度、外界磁场的强度或承载电流的密度等某个参数超出其临界值而引起的。超导体的一小部分不再是超导的，而是进入电阻状态，任何流经该电阻部分的电流都会导致局部焦耳发热。这将导致该超导体的邻近部分失超，结果形成更大的电阻态体积，这又导致进一步地焦耳发热。很快地，超导体进入电阻状态，这时如果还有较大的电流仍在流经该超导体，那是非常危险的，会在一瞬间毁坏超导体。
实际应用中，在失超之前，超导磁铁一般会带有可能为兆焦耳数量级的储存能量。在失超之后，储能将在导体的电阻态体积中被消耗掉。如果不适当地控制失超过程，就会在有限的区域内消耗该储能，从而导致局部温度上升，该局部温度上升会损坏失超开始的部分上或附近的线圈区域。已知可以通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，这就需要恰当地控制失超过程，也称为对超导磁铁进行失超保护。该失超保护的作用主要是在磁铁发生失超时，将线圈的热点温度控制在安全范围内。控制热点温度的实质就是控制储能在热点的沉积，通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，以便在尽可能多的可用超导体上耗散所产生的热量，这将导致基本上涉及整个超导体的失超，意味着任一部分都不应达到危险的温度。 一般是为每个超导线圈配备发热器，该发热器与线圈有紧密的热接触，通过向发热器施加电流来实现故意的失超。
后前超导磁铁的失超保护主要依靠设计的保护电路均为被动保护电路，为超导磁铁提供被动保护，失超发生时，通过向发热器施加电流来实现故意的失超，用扩展失超过程来避免有害的热量集中，让储能在尽可能多的可用超导体上均匀的转化为热量并耗散掉，这将导致基本上涉及整个超导体的失超。因为被动保护转移的能量有限，所以多适应于铜超比(超导线中铜和超导材料的含量之比)较大的、无源的超导线圈。
现行的保护器或者保护电路具有明显的缺点其一，失超过程中产生的绝大部分热量都被耗散在超导体中，热应力的快速变化会对超导体的机械性能造成破坏。对于大多数超导材料来说，温度超过100K时，热膨胀引起的形变会比较明显。过高的温度会使超导线退化，引起临界电流降低等。高温也会对超导线外层的绝缘材料造成破坏。其二，超导材料一般都工作在10K左右的低温中，使用发热器会大大增加冷却系统的热负荷，延长失超后再次进入超导态的时间，降低整体机器的工作效率。
发明内容
本实用新型的目的就是要消除上述技术方案的不足和缺点，设计一种带响应快、寿命长、控制灵敏、体积小、性能可靠的失超保护电路的超导磁铁。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种超导磁铁，包括至少六个串联超导线圈L1 L6组成的超导磁铁本体，其特征在于所述超导磁铁装配有超导磁铁失超保护器、失超探测器、电流传感器、短路器和电流注入导线，所述超导磁铁中的超导磁铁本体一端通过电流传感器联接到短路器的一端，超导磁铁本体另一端联接失超保护器的一端，失超保护器的另一端联接短路器的另一端，电流注入导线联接短路器的两端，所述串联线圈的每个端点都和失超探测器联接，失超探测器与电流传感器联接，失超探测器与超导磁铁失超保护器联接。
本实用新型的有益效果
为超导磁铁提供主动失超保护。首先准确的探测到失超的发生，再通过保护器实施预定的保护动作。对于储能大、铜超比小、超导线截面小的超导磁铁，使用主动保护更为安全、合理，也便于将绝大部分能量转移到超导磁铁外部，控制失超后的热点温度在允许值以内，避免了发热器产生的热应力的快速变化对超导体的机械性能造成破坏。超导磁铁的温度仅有很小的上升(因为其中耗散的热量非常小)，这对超导线外层的绝缘材料非常有利，也避免了高温导致的超导线退化，延长了超导线的使用寿命。当然失超过程中产生的冷却系统的热负荷也被大幅度降低，失超后再次冷却到超导态的时间被縮短，提高了整体机器的工作效率。
图1为本发明的电路图
具体实施方式
5如图1所示本实用新型提供了一种超导磁铁1，包括至少六个串联超导线圈L1 L6组成的超导磁铁本体2，其特征在于所述超导磁铁1装配有超导磁铁失
超保护器3、失超探测器4、电流传感器5、短路器6和电流注入导线7，所述超导磁铁1中的超导磁铁本体2 —端通过电流传感器5联接到短路器6的一端，超导磁铁本体2另一端联接失超保护器3的一端，失超保护器3的另一端联接短路器6的另一端，电流注入导线7联接短路器6的两端，所述串联线圈的每个端点都和失超探测器4联接，失超探测器4与电流传感器5联接，失超探测器4与超导磁铁失超保护器3联接。
正常工作中，当整个系统通过电流注入导线被连接到外部电源时，电流将主要通过失超保护器3和流经超导磁铁本体2，短路器6是断开的。失超探测器4采集超导线圈L1 L6的每个端点的电压和电流传感器输出的电流信号im，计算分析该电压、电流和L-di/dt信号及其相互关系。然后和超导线圈L1 L6在工程设计时的计算值进行比较，从而分析判断超导线圈L1 L6是否工作在超导态。若在超导态，则电流将主要通过失超保护器3和超导线圈L1 L6。 一旦超导线圈L1 L6中某处发生失超，会马上被失超探测器判断出来，失超探测器的输出信号Ue使保护器发生保护，同时关断外部电源，短路器6导通。流经超导线圈L1 L6的电流id通过短路器6和失超保护器3继续流动。这样也就使大量的超导磁铁储能被转化为热量，并且转移了出来，不再耗散在超导体中，而是耗散在了失超保护器3。这对超导线圈是非常好的，有利于超导线圈的安全稳定工作。
本实用新型这种失超保护被称为主动失超保护。首先要准确的探测到失超的发生，再通过保护电路实施预定的保护动作。对于储能大、铜超比小、超导线截面小的超导磁铁，使用主动保护更为安全、合理，也便于将绝大部分能量转移到外部的泄能电阻上，控制失超后的热点温度在允许值以内。
本实用新型的优势在于失超判断非常灵敏，且失超过程中产生的绝大部分热量都被耗散在超导磁铁外面，避免了发热器产生的热应力的快速变化对超导体的机械性能造成破坏。超导磁铁的温度仅有很小的上升(因为其中耗散的热量非常小)，这对超导线外层的绝缘材料非常有利，也避免了高温导致的超导线退化，延长了超导线的使用寿命。当然失超过程中产生的冷却系统的热负荷也被大幅度降低，失超后再次冷却到超导态的时间被縮短，提高了整体机器的工作效率。
权利要求1.一种超导磁铁(1)，包括至少六个串联超导线圈L1～L6组成的超导磁铁本体(2)，其特征在于所述超导磁铁(1)装配有超导磁铁失超保护器(3)、失超探测器(4)、电流传感器(5)、短路器(6)和电流注入导线(8)，所述超导磁铁(1)中的超导磁铁本体(2)一端通过电流传感器(5)联接到短路器(6)的一端，超导磁铁本体(2)另一端联接失超保护器(3)的一端，失超保护器(3)的另一端联接短路器(6)的另一端，电流注入导线联(7)接短路器(6)的两端，所述串联线圈的每个端点都和失超探测器(4)联接，失超探测器(4)与电流传感器(5)联接，失超探测器(4)与超导磁铁失超保护器(3)联接。
专利摘要本实用新型公开一种超导磁铁失超保护电路和带有该保护电路的超导磁铁，超导磁铁失超保护电路包括二极管、绝缘栅双极晶体管和泄能电阻，二极管与绝缘栅双极晶体管串联以后再与泄能电阻并联；所述超导磁铁，包括超导磁铁本体，装配有上述超导磁铁失超保护电路、失超探测器、电流传感器、短路器和电流注入导线，本实用新型为超导磁铁提供主动失超保护，失超判断灵敏，失超过程中产生的绝大部分热量都被耗散在超导磁铁外面的泄能电阻上，避免了发热器产生的热应力的快速变化对超导体的机械性能造成破坏，延长了超导线的使用寿命。失超过程中产生的冷却系统的热负荷也被大幅度降低，失超后再次冷却到超导态的时间被缩短，提高了整体机器的工作效率。
文档编号H01F6/00GK201302889SQ20082022257
公开日2009年9月2日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者党怀东, 刘姣宏, 杨 师, 柳恒敏, 王有云, 石立峰, 斌 赵 申请人:天水电气传动研究所有限责任公司