CN103777161A - 超导磁体的降场电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种超导磁体的降场电路和方法，所述降场电路包括：磁体线圈，包括多个串联的超导线圈；低温开关，并联于所述磁体线圈的两端；还包括：卸能装置，并联于所述磁体线圈的两端，所述卸能装置导通的阈值电压低于所述磁体线圈产生的感应电压；监测单元，用于监测是否已对所述超导磁体完成降场。本技术方案提供的超导磁体的降场电路和方法，能够在不引发磁体线圈失超的情况下快速有效地完成对超导磁体的降场。

Description

超导磁体的降场电路和方法

技术领域

本发明涉及磁共振技术领域，特别涉及超导磁体的降场电路和方法。

背景技术

磁体是磁共振成像（MRI，Magnetic Resonance Imaging）系统中的核心部件，为成像提供所需要的磁场环境。目前，MRI系统中的磁体可分为永磁体、常导磁体、超导磁体等类型，超导磁体能够产生均匀度好、稳定性高的磁场。

图1所示为现有的一种超导磁体的主电路原理图，包括：磁体线圈10、低温开关12、励磁电源13、导线14和失超保护电路（图未示）。磁体线圈10由9个单独的超导线圈串联组成。低温开关12是一段包含加热器的超导线，当给加热器接通电源后，低温开关12中的超导线因温度升高呈高阻状态，低温开关12断开，当撤去加热器的电源后，低温开关12恢复到超导状态，低温开关12闭合。低温开关12并联于磁体线圈10的两端，与磁体线圈10一起密封于装有液氦的液氦罐内。励磁电源13为低电压大电流的直流输出电源，当磁体励磁时，处于室温中的励磁电源13通过导线14向磁体线圈10提供均匀变化的电源电流。励磁开始前，需要断开低温开关12，即给低温开关12中的加热器接通电源。在励磁电源13向磁体线圈提供均匀变化的电源电流过程中，电源电流流过磁体线圈10，只有极小的电源电流流过低温开关12。当电源电流均匀变化到磁体所需要的预定电流时，闭合低温开关12，即撤去低温开关12中的加热器的电源，低温开关12的温度冷却到液氦温度，此时低温开关12变为超导状态。低温开关12闭合后，电源电流由励磁电源13流向低温开关12，励磁电源13提供的电源电流由预定电流向零均匀减小，流过低温开关12的电流由零向预定电流均匀增大，此时，流经低温开关12中的电流的增加量刚好等于励磁电源13提供的电源电流的减少量。当励磁电源13提供的电源电流均匀变化到零时，也即流过低温开关12的电流均匀变化到预定电流时，拆除导线14。此时，在磁体线圈10和低温开关12之间闭环运行的电流维持在预定值。

在电源电流从零向预定电流增加的过程中，当电源电流增加到一个较大的电流（例如500A）时，如果电源电流由于某种原因被突然中断，在缺少开关保护措施的情况下，磁体线圈10中的电流只能流过低温开关12。此时低温开关12处于断开状态，其电阻值约为30Ω，电流耗散在低温开关12上的热量将烧毁低温开关12。为保护低温开关12，大多数超导磁体的主电路还包括开关保护单元11。开关保护单元11包括串联的三对整流二极管：整流二极管对11a、整流二极管对11b和整流二极管对11c，每对整流二极管包括两个整流二极管，一个整流二极管的阳极端与另一个整流二极管的阴极端连接。开关保护单元11和低温开关12一样并联于磁体线圈10的两端，与磁体线圈10一起密封于装有液氦的液氦罐内。电源电流被突然中断时，由于开关保护单元11的存在，低温开关12两端的压降一旦超过开关保护单元11导通的阈值电压，开关保护单元11导通，绝大部分电流会流过开关保护单元11，只有极少量电流流过低温开关12，这样避免了低温开关12被烧毁。因此，开关保护单元11对低温开关12起保护作用。在正常的励磁过程中，开关保护单元11必须处于非导通状态，所以开关保护单元11导通的阈值电压要适当高于磁体线圈10的感应电压U，其中U＝-L*dI/dt，其中，L是磁体线圈10的电感，dI/dt是磁体线圈10中电流的变化率，“-”表示感应电压U的正负方向与励磁电源13的输出电压正负方向相反。励磁电源13的输出电压为磁体线圈10上的感应电压U与导线14上的压降之和。通常地，励磁电源13的输出电压为10V，导线14上的压降为1V至2V，感应电压U为8V至9V。

超导磁体产生的磁场维持很长一段时间后，由于存在补加液氦、设备维修或者磁场衰减后重新对磁体励磁等情况，需要人为地对超导磁体进行降场。对超导磁体降场就是把磁体线圈10内的电流完全降为零，同时避免降场过程中磁体线圈10和低温开关12产生失超。如果在降场过程中磁体线圈10出现失超，将会引起液氦的大量挥发，造成成本浪费。现有技术中，对磁体的降场是依靠大功率电源内部自身的负载电阻消耗磁体线圈10的电流来完成的。以图1所示的超导磁体主电路为例，在对磁体降场时，将磁体线圈10通过导线14与励磁电源13连接，当励磁电源13的电源电流从零向上均匀变化至预定电流后，断开低温开关12，此时低温开关12中的电流几乎为零，电流在磁体线圈10和励磁电源13之间流动，利用励磁电源13内部自身的负载电阻消耗磁体线圈10中的电流，使电流从预定电流向下均匀变化至零，从而完成降场。

然而，由于磁体线圈10的电感L很大，励磁电源13内部自身的负载电阻很小，不足以消耗掉磁体线圈10中的电流，以至于电源电流无法从预定值向下均匀变化至零，也就无法完成对超导磁体的降场。

发明内容

本发明解决的是由于磁体线圈电感很大所造成的利用大功率电源内部自身的负载电阻无法给超导磁体降场的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种超导磁体的降场电路，包括：磁体线圈，包括多个串联的超导线圈；低温开关，并联于所述磁体线圈的两端；还包括：卸能装置，并联于所述磁体线圈的两端，所述卸能装置导通的阈值电压低于所述磁体线圈产生的感应电压；监测单元，用于监测是否已对所述超导磁体完成降场。

可选的，还包括并联于所述磁体线圈两端的开关保护单元，所述开关保护单元导通的阈值电压高于所述磁体线圈产生的感应电压。

可选的，所述监测单元包括第一电流监测仪。

可选的，所述监测单元包括第一电压监测仪。

可选的，所述监测单元包括磁强计。

可选的，所述超导磁体的降场电路还包括第二电流监测仪以及串联的励磁电源和第一控制开关，所述串联的励磁电源和第一控制开关并联于所述磁体线圈的两端，所述第二电流监测仪用于监测流过所述励磁电源的电流。

可选的，所述开关保护单元包括串联的第一数量的整流二极管对，所述整流二极管对包括两个整流二极管，一个整流二极管的阳极端与另一个整流二极管的阴极端连接，所述整流二极管为硅整流二极管。

可选的，所述卸能装置包括串联的第二数量的所述整流二极管对。

可选的，所述卸能装置包括：第一二极管组件，包括第三数量的所述整流二极管对、第四数量的金属模型对、金属垫板和外套绝缘套管的金属横梁，所述金属垫板置于所述整流二极管对及所述金属模型对之间，以串联所有整流二极管对和金属模型对，所述金属横梁用于紧固所述金属垫板，所述整流二极管使用圆盘状封装，所述金属模型对的外形尺寸与所述整流二极管对相同；第二二极管组件，包括第五数量的所述整流二极管对、第六数量的所述金属模型对、所述金属垫板和所述金属横梁，所述第二二极管组件的结构与所述第一二极管组件的结构相同，所述第三数量与所述第五数量之和为所述第二数量，所述第三数量与所述第四数量之和等于所述第五数量与所述第六数量之和；衬托板，用于固定堆叠放置的所述第一二极管组件和所述第二二极管组件；拉杆，通过螺帽固定于所述衬托板的四周；连接板，用于串联堆叠放置的所述第一二极管组件和所述第二二极管组件；绝缘板，置于堆叠放置的所述第一二极管组件和所述第二二极管组件之间，隔离所述第一二极管组件和所述第二二极管组件；第一接线端和第二接线端，通过金属板分别与所述串联的第二数量的所述整流二极管对的两端连接。

可选的，所述卸能装置包括并联的两组电阻和整流二极管组，每组电阻和整流二极管组包括串联的第七数量的电阻和第八数量的整流二极管，并联时一组电阻和整流二极管组中二极管的阳极端与另一组电阻和整流二极管组中二极管的阴极端连接。

可选的，所述卸能装置包括第二控制开关和第九数量的电阻，所述第二控制开关与所述第九数量的电阻串联。

为解决上述问题，本发明还提供了一种对超导磁体进行降场的方法，包括：对卸能装置进行预冷，所述卸能装置导通的阈值电压低于磁体线圈产生的感应电压，所述磁体线圈包括多个串联的超导线圈；通过带有接头的导线将所述卸能装置并联于所述磁体线圈的两端；安装监测单元；断开低温开关，所述低温开关并联于所述磁体线圈的两端；观察所述监测单元，判断降场是否完成。

为解决上述问题，本发明还提供了另外一种对超导磁体进行降场的方法，包括：对卸能装置进行预冷，所述卸能装置导通的阈值电压低于磁体线圈产生的感应电压，所述磁体线圈包括多个串联的超导线圈；通过带有接头的导线将串联的励磁电源和第一控制开关并联于所述磁体线圈的两端；通过带有接头的导线将所述卸能装置并联于所述串联的励磁电源和第一控制开关的两端；安装监测单元和第二电流监测仪；闭合所述第一控制开关；观察所述第二电流监测仪，当流过低温开关的电流为零时，断开所述低温开关，所述低温开关并联于所述磁体线圈的两端；断开所述第一控制开关；观察所述监测单元，判断降场是否完成。

与现有技术相比，本发明技术方案提供的超导磁体的降场电路和方法，通过控制卸能装置两端的导通电压小于磁体线圈的感应电压，在降场时使磁体线圈中的电流消耗在卸能装置上，能够在较短时间内完成对超导磁体的降场，同时在降场过程中不会引发磁体线圈的失超。

附图说明

图1是现有的一种超导磁体的主电路原理图；

图2是本发明实施例一的超导磁体的降场电路原理图；

图3A是本发明实施例的卸能装置的结构示意图；

图3B是本发明实施例的卸能装置的第一二极管组件的结构示意图；

图3C是本发明实施例的卸能装置的第二二极管组件的结构示意图；

图4是本发明实施例一的对超导磁体进行降场的方法流程示意图；

图5是本发明实施例二的超导磁体的降场电路原理图；

图6是本发明实施例二的对超导磁体进行降场的方法流程示意图；

图7A是本发明实施例的卸能装置一种结构的电路原理图；

图7B是本发明实施例的卸能装置另一种结构的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术中所描述的，对超导磁体进行不引发磁体线圈失超的人为降场是一项技术难题，现有技术通过励磁电源内部自身的负载电阻消耗磁体线圈中的电流进行降场。但由于励磁电源内部自身的负载电阻很小，磁体线圈的电感很大，负载电阻不足以消耗掉磁体线圈中的电流，也就无法完成对超导磁体进行降场。本发明技术方案提供了一种超导磁体的降场电路，通过控制超导磁体电路中卸能装置导通的阈值电压小于磁体线圈产生的感应电压，使磁体线圈中的电流消耗在卸能装置上，能够在较短时间内完成对超导磁体的降场，同时不会引发磁体线圈失超。

以下结合附图对本发明的超导磁体的降场电路进行详细的说明。参照图2所示，本发明实施例一的降场电路原理图，包括：磁体线圈10、低温开关12、卸能装置20和监测单元21。为在励磁过程中保护低温开关12，所述降场电路还包括开关保护单元11。需要说明的是，在其他实施例中，所述降场电路也可以不包括开关保护单元。

所述磁体线圈10包括多个串联的超导线圈，例如图2所示为9个。所述开关保护单元11导通的阈值电压高于所述磁体线圈10产生的感应电压，在本实施例中，所述开关保护单元11包括串联的多个整流二极管对，所述整流二极管对包括两个整流二极管，一个整流二极管的阳极端与另一个整流二极管的阴极端连接，所述整流二极管为硅整流二极管。如图2所示，本实施例中，所述开关保护单元11包括3个所述整流二极管对。所述低温开关12是一段包含加热器的超导线，当给加热器接通电源后，所述低温开关12中的超导线因温度升高呈高阻状态，所述低温开关12断开，当撤去加热器的电源后，所述低温开关12恢复到超导状态，所述低温开关12闭合。所述开关保护单元11和所述低温开关12都并联在所述磁体线圈10的两端，与所述磁体线圈10一起密封于装有液氦的液氦罐内。所述卸能装置20导通的阈值电压低于所述磁体线圈10产生的感应电压，在本实施例中，所述卸能装置20包括串联的多个整流二极管对，所述多个整流二极管对与所述开关保护单元11中的整流二极管对的电气连接方式与整流二极管的型号相同。如图2所示，在本实施例中，所述卸能装置20包括4个所述整流二极管对。

在本实施例中，还给出了卸能装置20的一种结构，如图3A右侧图所示。所述卸能装置20包括第一二极管组件（图3B所示）、第二二极管组件（图3C所示）、连接板31、衬托板32、拉杆33、绝缘板（图未示出）、第一接线端A和第二接线端B。为清楚地表示所述卸能装置20的结构，图3A左侧图示出了所述第一二极管组件和所述第二二极管组件堆叠放置形成的二极管组件30放置的方式。

所述第一二极管组件包括多个所述整流二极管对、多个金属模型对、金属垫板和外套绝缘套管的金属横梁，所述金属垫板置于所述整流二极管对及所述金属模型对之间，以串联所有整流二极管对和金属模型对，所述金属横梁用于紧固所述金属垫板，所述整流二极管以圆盘状封装，所述金属模型对的外形尺寸与所述整流二极管对相同，能够起到导电和散热的作用。所述第二二极管组件的结构与所述第一二极管组件的结构相同，只是所述整流二极管对和所述金属模型对的数量可能存在差异。所述第一二极管组件与所述第二二极管组件的结构对称，即所述第一二极管组件中所述整流二极管对和所述金属模型对的数量和与所述第二二极管组件中所述整流二极管对和所述金属模型对的数量和相等。

图3B所示为本发明实施例的卸能装置20的第一二极管组件的结构示意图，包括3对以圆盘状封装的整流二极管，第一对整流二极管包括整流二极管d1和整流二极管d4，第二对整流二极管包括整流二极管d2和整流二极管d5，第三对整流二极管包括整流二极管d3和整流二极管d6。每对整流二极管之间通过金属垫板串联在一起，即所述第一对整流二极管和所述第二对整流二极管通过金属垫板m31串联，所述第二对整流二极管和所述第三对整流二极管通过金属垫板m32串联，串联后的整流二极管对两端分别连接金属板m1和金属板m6。串联后的每对整流二极管中，一个整流二极管的阳极端与另一个整流二极管的阴极端连接。所述第一二极管组件还包括外套绝缘套管m8的金属横梁m7，所述金属横梁m7用于紧固所述金属垫板和所述金属板。在本实施例中，所述金属垫板包括铝板和无氧铜圆盘对，所述无氧铜圆盘对夹于所述铝板之间，即所述金属垫板m31包括铝板m2、铝板m3以及位于铝板m2和铝板m3之间的无氧铜圆盘对，所述金属垫板m32包括铝板m4、铝板m5以及位于铝板m4和铝板m5之间的无氧铜圆盘对。所述金属板m1和所述金属板m6也为铝板。所述金属垫板和所述金属板用于导通所述3对整流二极管，并在所述整流二极管工作时起散热作用。需要说明的是，所述无氧铜圆盘对和所述铝板与其他金属材料相比，导电能力强，散热效果好，是本发明方案的优选实施方式。在其他实施例中，所述金属垫板和所述金属板也可以由不锈钢代替，或者由其他导通电阻小的金属代替。所述绝缘套管m8是塑料管，在所述金属横梁m7和所述金属垫板之间起电气绝缘的作用，防止所述整流二极管对之间通过所述金属横梁m7短路。

图3C所示为本发明实施例的卸能装置20的第二二极管组件的结构示意图，所述第二二极管组件与所述第一二极管组件的结构相同，只是所述第二二极管组件只有一对使用圆盘状封装的整流二极管，即整流二极管d7和整流二极管d8，另两对整流二极管的位置使用了两个金属模型对代替，即金属模型m9和金属模型m12，金属模型m10和金属模型m11。所述金属模型为无氧铜圆盘，具有很好地导电和散热作用。需要说明的是，在本实施例中，所述整流二极管对的数量是4，所述第一二极管组件包括3个所述整流二极管对，所述第二二极管组件包括1个所述整流二极管对和两个金属模型对，在其他实施例中，也可以有其他分配方式，比如，所述第一二极管组件和所述第二二极管组件均包括两个所述整流二极管对和一个所述金属模型对。

图3A右侧图所示为将所述第一二极管组件和所述第二二极管组件串联堆叠组合后的卸能装置20的结构图。所述第一二极管组件和所述第二二极管组件通过所述连接板31串联在一起，形成串联的四对整流二极管，堆叠安装于所述衬托板32上，所述衬托板32的四周具有通过螺帽紧固的拉杆33。在堆叠放置的所述第一二极管组件和所述第二二极管组件之间具有绝缘板，用于隔离所述第一二极管组件和所述第二二极管组件。所述卸能装置20的两端还具有第一接线端A和第二接线端B，通过金属板分别与串联的4个所述整流二极管对的两端连接。在本实施例中，所述连接板31为无氧铜板，所述衬托板32和所述绝缘板为具有一定厚度的环氧树脂板，所述拉杆33为不锈钢拉杆。为保证电气绝缘，在安装时，所述拉杆33与所述第一二极管组件和所述第二二极管组件之间具有一定的距离，相邻处用绝缘胶带缠绕。

所述卸能装置20采用上述两个整流二极管组件堆叠串联的结构，能够有效地节省放置空间，方便移动。尤其是所述整流二极管采用圆盘状封装，所述衬托板四周的拉杆设计，使所述卸能装置20能够方便进出装有液氮的杜瓦桶内。

在对超导磁体进行降场时，所述卸能装置20位于充满液氮的环境中并通过带有接头的导线22并联于所述磁体线圈10的两端。在本实施例中，所述卸能装置20与所述开关保护单元11中的整流二极管均为同种型号规格的硅整流二极管，所述硅整流二极管在室温下导通的阈值电压约为0.47V，在液氮温度下导通的阈值电压约为1V，在液氦温度下导通的阈值电压约为6.9V，因此，密封于液氦罐内的所述开关保护单元11导通的阈值电压约为20V，位于充满液氮环境中的所述卸能装置20导通的阈值电压约为4V。在本实施例中，所述磁体线圈10在励磁过程中产生的感应电压如背景技术中所阐述的，约为8V至9V，因此，所述开关保护单元11导通的阈值电压大于所述磁体线圈10产生的感应电压，所述卸能装置20导通的阈值电压小于所述磁体线圈10产生的感应电压。由于所述开关保护单元11和所述卸能装置20中串联的所述整流二极管对，一个整流二极管的阳极端与另一个整流二极管的阴极端连接，此种结构决定了对所述开关保护单元11和所述卸能装置20施加的电压无方向限制。所述带有接头的导线22为无氧铜线缆，所述接头为安德森接头，可实现快速插拔。

所述监测单元21包括第一电流监测仪，所述第一电流监测仪可以为钳形电流表，在降场时钳住所述带有接头的导线22，即能监测流过所述卸能装置20的电流。需要说明的是，所述电流监测仪也可以是其他类型的能够测量电流的仪器，例如电流表，在降场时将电流表串联于所述带有接头的导线22之间即可。

基于上述超导磁体的降场电路，本发明实施方式还提供了对超导磁体进行降场的方法，如图4所示为本发明实施例一的对超导磁体进行降场的方法流程示意图，包括：

步骤S41：对卸能装置进行预冷，所述卸能装置导通的阈值电压低于磁体线圈产生的感应电压，所述磁体线圈包括多个串联的超导线圈；

步骤S42：通过带有接头的导线将所述卸能装置并联于所述磁体线圈的两端；

步骤S43：安装监测单元；

步骤S44：断开低温开关，所述低温开关并联于所述磁体线圈的两端；

步骤S45：观察所述监测单元，判断降场是否完成。

为更好地对本发明的实施例一进行理解，下面结合附图对本发明技术方案超导磁体的降场电路工作原理进行说明。

超导磁体在进入持久模式后，电流在所述磁体线圈10和所述低温开关12之间闭环运行。此时对超导磁体进行降场，首先，执行步骤S41，对所述卸能装置20进行预冷。具体地，将所述卸能装置20的所述第一接线端A和所述第二接线端B分别连接带有接头的导线22，所述导线22为无氧铜线缆，所述接头为安德森接头。连接好所述带有接头的导线22后，通过所述拉杆33将所述卸能装置20置于盛有液氮的杜瓦桶内，在接触液氮之前将所述卸能装置20停留在液氮液面上一段时间，然后慢慢浸入液氮内，直到液氮液面完全淹没所述卸能装置20中的所述整流二极管对。

执行步骤S42，通过带有接头的导线22将所述卸能装置20并联于所述磁体线圈10的两端。

执行步骤S43，安装监测单元21。具体地，所述监测单元21为第一电流监测仪，所述第一电流监测仪可以为钳形电流表，钳住所述带有接头的导线22即能监测流过所述卸能装置20的电流。若所述第一电流监测仪是电流表，则将电流表串联于所述带有接头的导线22之间即可。

执行步骤S44，断开低温开关12。具体地，接通所述低温开关12中加热器的电源，所述低温开关12即处于断开状态。所述低温开关12的突然断开使所述磁体线圈10的两端产生一个瞬间上升的电压，所述瞬间上升的电压首先会越过所述卸能装置20导通的阈值电压，使所述卸能装置20处于导通状态，此后，所述磁体线圈10两端的电压维持在所述卸能装置20导通的阈值电压左右，电流在所述磁体线圈10和所述卸能装置20之间闭环运行。需要说明的是，由于所述开关保护单元11导通的阈值电压高于所述卸能装置20导通的阈值电压，所述开关保护单元11不会导通，磁体线圈10的电流只能通过所述卸能装置20。

执行步骤S45，观察所述监测单元21，判断是否完成降场。所述卸能装置20相当于一个大的负载，所述磁体线圈10中的电流通过所述卸能装置20中的二极管得到消耗，所述卸能装置20的卸载功耗即为所述卸能装置20导通的阈值电压与所述磁体线圈10中电流的乘积，随着所述磁体线圈10中电流的不断减小，所述卸载功耗也不断减小。具体地，在本实施例中，观察所述第一电流监测仪的电流读数，若所述第一电流监测仪的读数降至零，表示所述磁体线圈10中的电流已被所述卸能装置20消耗完，则对超导磁体的降场完成，整个过程持续的时间约为三十分钟。

在本实施例中，选择流过所述卸能装置20的电流作为判断是否已完成降场的被监测的物理量，在其他实施例中，也可选择所述卸能装置20两端的电压或者所述超导磁体产生的磁场强度作为被监测的物理量。若选择所述卸能装置20两端的电压作为判断是否已完成降场的被监测的物理量，则所述监测单元21包括第一电压监测仪，所述第一电压监测仪为可以测量电压的仪器，例如数字万用表，在降场过程中，将所述数字万用表并联于所述卸能装置20的两端，当所述数字万用表的读数为零时，则表示降场完成；若选择所述超导磁体产生的磁场强度作为判断是否已完成降场的被监测的物理量，则所述监测单元21为可以测量磁场的仪表，例如磁强计，在降场过程中，将所述磁强计安装于所述超导磁体高斯线附近，当所述磁强计监测到的磁场强度与磁体励磁前的磁场强度一样时，则表示降场完成。

需要说明的是，在降场过程中，所述卸能装置20消耗电流会产生大量的热量，因此，需要持续地向杜瓦桶内补加液氮，以使所述卸能装置20始终处于液氮液面以下，防止由于缺乏液氮造成热量堆积而损坏所述卸能装置20。

请参见图5所示的本发明实施例二的超导磁体的降场电路原理图，包括：磁体线圈10、低温开关12、卸能装置20、监测单元21、励磁电源13、第一控制开关40和第二电流监测仪41。与实施例一相同，为在励磁过程中保护低温开关12，所述降场电路还包括开关保护单元11。需要说明的是，在其他实施例中，所述降场电路也可以不包括开关保护单元。

其中，所述磁体线圈10、低温开关12、开关保护单元11、卸能装置20和监测单元21与实施例一中的结构相同，具体可以参见实施例一中对其的描述，此处不再赘述。所述励磁电源13为低电压大电流的直流输出电源，所述第一控制开关40和励磁电源13串联后通过带有接头的导线42并联于所述磁体线圈10的两端。在本实施例中，所述第一控制开关40为继电器开关，能够保证在切断大电流时动作迅速、拉弧短，所述第一控制开关40可以是手动继电器开关，也可以是电磁继电器开关。

对于本发明实施例二的超导磁体的降场电路，本发明技术方案还提供一种对超导磁体进行降场的方法，如图6所示为本发明实施例二的对超导磁体进行降场的方法流程示意图，包括：

S61：对卸能装置进行预冷，所述卸能装置导通的阈值电压低于磁体线圈产生的感应电压，所述磁体线圈包括多个串联的超导线圈；

S62：通过带有接头的导线将串联的励磁电源和第一控制开关并联于所述磁体线圈的两端；

S63：通过带有接头的导线将所述卸能装置并联于所述串联的励磁电源和第一控制开关的两端；

S64：安装监测单元和第二电流监测仪；

S65：闭合所述第一控制开关；

S66：观察所述第二电流监测仪，当流过低温开关的电流为零时，断开所述低温开关，所述低温开关并联于所述磁体线圈的两端；

S67：断开所述第一控制开关；

S68：观察监测单元，判断降场是否完成。

为更好地对本发明的实施例二进行理解，下面结合附图对本发明技术方案超导磁体的降场电路工作原理进行说明。

执行步骤S61，对所述卸能装置20进行预冷。具体地，对所述卸能装置20的预冷与实施例一中操作相同，在此不再赘述。

执行步骤S62，通过带有接头的导线42将串联的励磁电源13和所述第一控制开关40并联于所述磁体线圈10的两端。所述带有接头的导线42与实施例一中的带有接头的导线22相同，为无氧铜线缆，所述接头为安德森接头。

执行步骤S63，通过带有接头的导线22将所述卸能装置20并联于所述串联的励磁电源13和第一控制开关40的两端。

执行步骤S64，安装监测单元21和第二电流监测仪41。具体地，所述监测单元21与实施例一中相同，为第一电流监测仪，所述第一电流监测仪和所述第二电流监测仪41可以为钳形电流表，将所述第一电流监测仪钳住所述导线22，将所述第二电流监测仪41钳住所述导线42。若所述第一电流监测仪和所述第二电流监测仪41是电流表，则将所述第一电流监测仪串联于所述导线22之间，将所述第二电流监测仪41串联于所述导线42之间。

执行步骤S65，闭合所述第一控制开关40。所述第一控制开关40闭合后，流过所述励磁电源13的电流从零到预定电流均匀变化，所述预定电流为超导磁体降场前所述磁体线圈10中的电流。在所述励磁电源13的电流均匀变化的过程中，电流由低温开关12流向励磁电源13，流过低温开关12的电流由预定电流向零均匀减小，此时，流经低温开关12中的电流的减少量刚好等于流过励磁电源13中的电流的增加量。所述磁体线圈10中的电流并没有发生变化，因此，所述磁体线圈10两端的电压为零，所述卸能装置20并不会导通。

执行步骤S66，观察所述第二电流监测仪41，当流过低温开关12的电流为零时，断开所述低温开关12，所述低温开关12并联于所述磁体线圈的两端。具体地，通过所述第二电流监测仪41监测流过所述励磁电源13的电流，当流过所述励磁电源13的电流为所述预定电流时，流过所述低温开关12的电流即已降为零，此时，通过接通所述低温开关12中加热器的电源使低温开关12处于断开状态。所述低温开关12断开后，电流在所述磁体线圈10和励磁电源13组成的闭合回路中运行。

执行步骤S67，断开所述第一控制开关40。所述第一控制开关40的突然断开会使所述磁体线圈10的两端产生一个瞬间上升的电压，所述瞬间上升的电压首先会越过所述卸能装置20的导通阈值电压，使所述卸能装置20处于导通状态，此后，所述磁体线圈10两端的电压维持在所述卸能装置20导通的阈值电压左右，电流在所述磁体线圈10和所述卸能装置20之间闭环运行。需要说明的是，由于所述开关保护单元11导通的阈值电压高于所述卸能装置20导通的阈值电压，所述开关保护单元11不会导通，磁体线圈10的电流只能通过所述卸能装置20。

执行步骤S68，观察监测单元21，判断降场是否完成。具体地，判断降场完成的方法与实施例一中步骤S45相同，在此不再赘述。

与实施例一相比，本发明技术方案提供的实施例二在断开所述低温开关12之前，通过连接所述励磁电源13将流过所述低温开关12的电流降为零后再断开所述低温控制开关12，这样避免了突然断开所述低温开关12时对所述低温开关12造成的不利影响。

在本发明技术方案的实施例一和实施例二中，所述卸能装置20包括4对串联的整流二极管，在其他实施例中，可以改变所述串联的整流二极管的数量，在降场时，通过改变所述卸能装置20所处的温度环境，可控制所述卸能装置20导通的阈值电压。例如，在降场时，处于室温风冷环境中的所述卸能装置20可包括串联的10对所述整流二极管，则此时所述卸能装置20导通的阈值电压约为4.7V左右，满足所述卸能装置20导通的阈值电压低于所述磁体线圈10产生的感应电压的要求。

需要说明的是，本发明所述的卸能装置还可以是其他结构的负载电路，只要满足在降场时所述卸能装置导通的阈值电压低于所述磁体线圈产生的感应电压即可。

图7A所示为本发明实施例的卸能装置一种结构的电路原理图，包括并联的两组电阻和整流二极管组，每组电阻和整流二极管组包括串联的一定数量的电阻和一定数量的整流二极管，并联时一组电阻和整流二极管组中二极管的阳极端与另一组电阻和整流二极管组中二极管的阴极端连接，即两组二极管的连接方向相反。降场时，所述卸能装置处于液氮温区或室温风冷环境中。

图7B所示为本发明实施例的卸能装置另一种结构的电路原理图，包括第二控制开关71和一定数量的电阻72，所述第二控制开关71与所述一定数量的电阻72串联。使用图7B所示的卸能装置的降场电路还包括第二电压监测仪73，所述第二电压监测仪73并联于所述卸能装置的两端。在降场时，当所述磁体线圈断开的瞬间，通过所述第二控制开关71的迅速闭合将所述卸能装置导通。例如在实施例一中，所述卸能装置20使用图7B所示的电路结构，在对超导磁体降场时，断开所述低温开关12后，迅速闭合所述第二控制开关71。又例如在实施例二中，所述卸能装置20使用图7B所示的电路结构，在对超导磁体降场时，断开所述第一控制开关40后，迅速闭合所述第二控制开关71。在降场过程中，需要通过所述第二电压监测仪73监测所述卸能装置两端的电压，防止所述磁体线圈两端的电压高于所述开关保护单元导通的阈值电压，使所述开关保护单元导通致使磁体线圈失超。降场时，所述卸能装置处于室温风冷环境中。

综上所述，本发明技术方案提供的超导磁体的降场电路和方法，通过控制降场电路中的卸能装置导通的阈值电压低于磁体线圈产生的感应电压，将磁体线圈中的电流消耗在所述卸能装置上，在不引发磁体线圈失超的情况下，能够快速有效地完成对超导磁体的降场。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (33)

1.一种超导磁体的降场电路，包括：

磁体线圈，包括多个串联的超导线圈；

低温开关，并联于所述磁体线圈的两端；

其特征在于，还包括：

卸能装置，并联于所述磁体线圈的两端，所述卸能装置导通的阈值电压低于所述磁体线圈产生的感应电压；

监测单元，用于监测是否已对所述超导磁体完成降场。

2.根据权利要求1所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，还包括并联于所述磁体线圈两端的开关保护单元，所述开关保护单元导通的阈值电压高于所述磁体线圈产生的感应电压。

3.根据权利要求2所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述卸能装置通过带有接头的导线并联于所述磁体线圈的两端。

4.根据权利要求3所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述接头为安德森接头。

5.根据权利要求1所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述监测单元包括第一电流监测仪。

6.根据权利要求5所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述第一电流监测仪为钳形电流表。

7.根据权利要求1所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述监测单元包括第一电压监测仪。

8.根据权利要求7所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述第一电压监测仪为数字万用表。

9.根据权利要求1所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述监测单元包括磁强计。

10.根据权利要求1所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，还包括第二电流监测仪以及串联的励磁电源和第一控制开关，所述串联的励磁电源和第一控制开关并联于所述磁体线圈的两端，所述第二电流监测仪用于监测流过所述励磁电源的电流。

11.根据权利要求10所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述串联的励磁电源和第一控制开关通过带有接头的导线并联于所述磁体线圈的两端。

12.根据权利要求11所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述接头为安德森接头。

13.根据权利要求10所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述第一控制开关为继电器开关。

14.根据权利要求10所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述第二电流监测仪为钳形电流表。

15.根据权利要求2所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述开关保护单元包括串联的第一数量的整流二极管对，所述整流二极管对包括两个整流二极管，一个整流二极管的阳极端与另一个整流二极管的阴极端连接，所述整流二极管为硅整流二极管。

16.根据权利要求15所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述卸能装置包括串联的第二数量的所述整流二极管对。

17.根据权利要求16所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述卸能装置包括：

第一二极管组件，包括第三数量的所述整流二极管对、第四数量的金属模型对、金属垫板和外套绝缘套管的金属横梁，所述金属垫板置于所述整流二极管对及所述金属模型对之间，以串联所有整流二极管对和金属模型对，所述金属横梁用于紧固所述金属垫板，所述整流二极管以圆盘状封装，所述金属模型对的外形尺寸与所述整流二极管对相同；

第二二极管组件，包括第五数量的所述整流二极管对、第六数量的所述金属模型对、所述金属垫板和所述金属横梁，所述第二二极管组件的结构与所述第一二极管组件的结构相同，所述第三数量与所述第五数量之和为所述第二数量，所述第三数量与所述第四数量之和等于所述第五数量与所述第六数量之和；

衬托板，用于固定堆叠放置的所述第一二极管组件和所述第二二极管组件；

拉杆，通过螺帽固定于所述衬托板的四周；

连接板，用于串联堆叠放置的所述第一二极管组件和所述第二二极管组件；

绝缘板，置于堆叠放置的所述第一二极管组件和所述第二二极管组件之间，隔离所述第一二极管组件和所述第二二极管组件；

第一接线端和第二接线端，通过金属板分别与所述串联的第二数量的所述整流二极管对的两端连接。

18.根据权利要求17所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述第四数量为零。

19.根据权利要求17所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述金属垫板包括铝板和无氧铜圆盘对，所述无氧铜圆盘对夹于所述铝板之间。

20.根据权利要求17所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述绝缘套管为塑料管。

21.根据权利要求17所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述金属模型对为无氧铜模型对。

22.根据权利要求17所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述连接板为无氧铜铜板。

23.根据权利要求17所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述衬托板和所述绝缘板为环氧树脂板。

24.根据权利要求17所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述拉杆为不锈钢拉杆。

25.根据权利要求16所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述卸能装置在降场时处于液氮温区或室温风冷环境中。

26.根据权利要求1所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述卸能装置包括并联的两组电阻和整流二极管组，每组电阻和整流二极管组包括串联的第七数量的电阻和第八数量的整流二极管，并联时一组电阻和整流二极管组中二极管的阳极端与另一组电阻和整流二极管组中二极管的阴极端连接。

27.根据权利要求26所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述卸能装置在降场时处于液氮温区或室温风冷环境中。

28.根据权利要求1所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述卸能装置包括第二控制开关和第九数量的电阻，所述第二控制开关与所述第九数量的电阻串联。

29.根据权利要求28所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述第二控制开关为继电器开关。

30.根据权利要求28所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，还包括第二电压监测仪，所述第二电压监测仪并联于所述卸能装置的两端，用于监测所述卸能装置两端的电压。

31.根据权利要求30所述的超导磁体的降场电路，其特征在于，所述第二电压监测仪为数字万用表。

32.一种对超导磁体进行降场的方法，其特征在于，包括：

对卸能装置进行预冷，所述卸能装置导通的阈值电压低于磁体线圈产生的感应电压，所述磁体线圈包括多个串联的超导线圈；

通过带有接头的导线将所述卸能装置并联于所述磁体线圈的两端；

安装监测单元；

断开低温开关，所述低温开关并联于所述磁体线圈的两端；

观察所述监测单元，判断降场是否完成。

33.一种对超导磁体进行降场的方法，其特征在于，包括：

对卸能装置进行预冷，所述卸能装置导通的阈值电压低于磁体线圈产生的感应电压，所述磁体线圈包括多个串联的超导线圈；

通过带有接头的导线将串联的励磁电源和第一控制开关并联于所述磁体线圈的两端；

通过带有接头的导线将所述卸能装置并联于所述串联的励磁电源和第一控制开关的两端；

安装监测单元和第二电流监测仪；

闭合所述第一控制开关；

观察所述第二电流监测仪，当流过低温开关的电流为零时，断开所述低温开关，所述低温开关并联于所述磁体线圈的两端；

断开所述第一控制开关；

观察所述监测单元，判断降场是否完成。

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