CN107994544B - 一种超导磁体系统失超保护装置及其工作方法 - Google Patents

一种超导磁体系统失超保护装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超导磁体系统失超保护装置，包括超导线圈组，超导线圈组包括两个对称的超导线圈，两个超导线圈上均并联连接有保护二极管，超导线圈和保护二极管且均通过导电线与电源连接，超导线圈组并联连接有失超保护单元，超导线圈、保护二极管、电源的连接回路上安装有转换开关，转换开关通过导电线连接有外接电阻；本发明控制转换开关，将超导线圈处于失超状态时与外接电阻进行连接，有效快速的实现了超导线圈的失超保护，同时利用超导线圈并联保护二极管的方法，解决了失超保护单元响应延迟时导致超导线圈损坏的问题，有效的组合两种保护模式，大大降低超导回旋加速器中超导励磁线圈在失超时损坏的概率，具有很好的使用和推广价值。

Description

一种超导磁体系统失超保护装置及其工作方法
技术领域
本发明属于加速器技术领域，具体涉及到一种超导质子加速器保护装置，更具体的是一种超导磁体系统失超保护装置及其工作方法。
背景技术
无阻失超导体在超导态下的基本特性之一，超导磁体运行在超低温环境中，当承载电流的超导线圈局部超导体转变为正常态后，这一部分导体将存在电阻，而电阻的产生将给整个系统带来额外的热负荷，这种现象称之为超导磁体失超。这种局部失超若不能及时被发现制止，将容易导致雪崩式扩展，给整个低温系统带来严重的热负载，甚至导致低温系统的损害，更有甚者会导致超导磁体的烧毁。
因此针对超导线圈的运行安全，必须设计相应的失超保护装置，在超导磁体局部出现失超状态后，及时启动响应措施，对超导线圈及低温系统进行保护，故超导磁体失超方案的设计和失超装置的研发是超导磁体设计必不可少的一步。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种超导磁体系统失超保护装置及其工作方法，通过在超导线圈组上安装保护二极管和失超保护单元，有效的解决了超导回旋加速器中超导励磁线圈在失超时损坏的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种超导磁体系统失超保护装置，包括超导线圈组，超导线圈组包括两个对称的超导线圈，两个超导线圈上均并联连接有保护二极管，超导线圈和保护二极管且均通过导电线与电源连接，超导线圈组并联连接有失超保护单元，超导线圈、保护二极管、电源的连接回路上安装有转换开关，转换开关通过导电线连接有外接电阻；
所述失超保护单元包括通过感应线依次连接的失超信号预设模块、检测模块、判断模块和控制模块；
预设模块，用于预先设定整个超导线圈组两端之间的电压数值；
检测模块，用于检测每个超导线圈两端之间的电压数值；
判断模块，用于将检测到每个超导线圈两端之间的电压数值对比预设的电压数值，判断超导线圈是否处于失超状态，得到判断结果；
控制模块，用于根据判断模块的判断结果，控制转换开关进行切换。
作为本发明进一步的方案：所述导电线采用超导线。
作为本发明进一步的方案：所述保护二极管为低温二极管，安装在低温容器内部，如装有液氦低温容器内，保护二极管与超导线圈紧靠在一起。
一种超导磁体系统失超保护装置的工作方法,包括如下步骤：
步骤一：通过预设模块，预先设定整个超导线圈组两端之间的电压数值；
步骤二：检测模块检测超导线圈两端的电压数值，判断模块根据检测到的电压数值和预设的电压数值进行对比判断，判断超导线圈是否处于失超状态；
步骤三：当超导线圈处于励磁状态时，保护二极管两端电压低，使保护二极管无法导通电流，电流通过超导线圈组导出，并且控制模块控制转换开关连接到电源上，形成励磁回路；
步骤四：当超导线圈处于失超状态时，首先保护二极管两端电压增大，使保护二极管导通电流，对超导线圈组上的电流进行分流，其次，控制模块控制转换开关切换连接到外接电阻上，形成退磁回路，即实现对超导磁体系统进行保护。
作为本发明进一步的方案：步骤二中，当检测超导线圈(5)两端的电压数值和预设的电压数值之间的比值在0.48-0.52范围内时，则判断超导线圈(5)处于励磁状态，当检测超导线圈(5)两端的电压数值和预设的电压数值之间的比值不在0.48-0.52范围内时，则判断超导线圈(5)处于失超状态。
本发明的有益效果：本发明简单合理，通过设计失超保护单元，控制转换开关，将超导线圈处于失超状态时与外接电阻进行连接，有效快速的实现了超导线圈的失超保护，同时利用超导线圈并联保护二极管的方法，解决了失超保护单元响应延迟时导致超导线圈损坏的问题，有效的组合两种保护模式，大大降低超导回旋加速器中超导励磁线圈在失超时损坏的概率，具有很好的使用和推广价值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种超导磁体系统失超保护装置连接电路示意图。
图2是发明中失超保护单元示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种超导磁体系统失超保护装置，包括超导线圈组，超导线圈组包括两个对称的超导线圈5，两个超导线圈5上均并联连接有保护二极管4，超导线圈5和保护二极管4且均通过导电线与电源1连接，超导线圈组并联连接有失超保护单元6，超导线圈5、保护二极管4、电源1的连接回路上安装有转换开关3，转换开关3通过导电线连接有外接电阻2；
所述导电线采用超导线，最大程度的减小导电线的电阻对整个电路的影响；
所述保护二极管4为低温二极管，安装在低温容器内部，如装有液氦低温容器内，保护二极管4与超导线圈5紧靠在一起，当超导线圈5处于励磁状态时，保护二极管4两端电压低，使保护二极管4无法导通电流，当超导线圈5处于失超状态时，保护二极管4两端电压增大，使保护二极管4导通电流，对超导线圈5上的电流进行分流，防止超导线圈5继续通入较大的电流，从而在失超保护单元6控制转换开关3前，对超导线圈5进行保护，有效的解决了失超保护单元6响应延迟问题；
如图2所示，所述失超保护单元6包括通过感应线依次连接的失超信号预设模块、检测模块、判断模块和控制模块；
预设模块，用于预先设定整个超导线圈组两端之间的电压数值；
检测模块，用于检测每个超导线圈5两端之间的电压数值；
判断模块，用于将检测到每个超导线圈5两端之间的电压数值对比预设的电压数值，判断超导线圈5是否处于失超状态，得到判断结果；
控制模块，用于根据判断模块的判断结果，控制转换开关3进行切换；
一种超导磁体系统失超保护装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：通过预设模块，预先设定整个超导线圈组两端之间的电压数值；
步骤二：检测模块检测超导线圈5两端的电压数值，判断模块根据检测到的电压数值和预设的电压数值进行对比判断，判断超导线圈5是否处于失超状态；
当检测超导线圈5两端的电压数值和预设的电压数值之间的比值在0.48-0.52范围内时，则判断超导线圈5处于励磁状态，当检测超导线圈5两端的电压数值和预设的电压数值之间的比值不在0.48-0.52范围内时，则判断超导线圈5处于失超状态；
步骤三：当超导线圈5处于励磁状态时，保护二极管4两端电压低，使保护二极管4无法导通电流，电流通过超导线圈组导出，并且控制模块控制转换开关3连接到电源1上，形成励磁回路；
步骤四：当超导线圈5处于失超状态时，首先保护二极管4两端电压增大，使保护二极管4导通电流，对超导线圈组上的电流进行分流，其次，控制模块控制转换开关3切换连接到外接电阻2上，形成退磁回路，即实现对超导磁体系统进行保护。
本发明简单合理，通过设计失超保护单元6，控制转换开关3，将超导线圈5处于失超状态时与外接电阻2进行连接，有效快速的实现了超导线圈5的失超保护，同时利用超导线圈5并联保护二极管4的方法，解决了失超保护单元6响应延迟时导致超导线圈5损坏的问题，有效的组合两种保护模式，大大降低超导回旋加速器中超导励磁线圈在失超时损坏的概率，具有很好的使用和推广价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种超导磁体系统失超保护装置，其特征在于，包括超导线圈组，超导线圈组包括两个对称的超导线圈(5)，两个超导线圈(5)上均并联连接有保护二极管(4)，超导线圈(5)和保护二极管(4)且均通过导电线与电源(1)连接，超导线圈组并联连接有失超保护单元(6)，超导线圈(5)、保护二极管(4)、电源(1)的连接回路上安装有转换开关(3)，转换开关(3)通过导电线连接有外接电阻(2)；
所述保护二极管(4)为低温二极管，安装在低温容器内部，如装有液氦低温容器内，保护二极管(4)与超导线圈(5)紧靠在一起；
当超导线圈(5)处于励磁状态时，保护二极管(4)两端电压低，使保护二极管(4)无法导通电流，当超导线圈(5)处于失超状态时，保护二极管(4)两端电压增大，使保护二极管(4)导通电流，对超导线圈(5)上的电流进行分流；
所述失超保护单元(6)包括通过感应线依次连接的失超信号预设模块、检测模块、判断模块和控制模块；
预设模块，用于预先设定整个超导线圈组两端之间的电压数值；
检测模块，用于检测每个超导线圈(5)两端之间的电压数值；
判断模块，用于将检测到每个超导线圈(5)两端之间的电压数值对比预设的电压数值，判断超导线圈(5)是否处于失超状态，得到判断结果；
控制模块，用于根据判断模块的判断结果，控制转换开关(3)进行切换。
2.根据权利要求1所述的一种超导磁体系统失超保护装置,其特征在于，所述导电线采用超导线。
3.一种超导磁体系统失超保护装置的工作方法,其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过预设模块，预先设定整个超导线圈组两端之间的电压数值；
步骤二：检测模块检测超导线圈(5)两端的电压数值，判断模块根据检测到的电压数值和预设的电压数值进行对比判断，判断超导线圈(5)是否处于失超状态；
步骤二中，当检测超导线圈(5)两端的电压数值和预设的电压数值之间的比值在0.48-0.52范围内时，则判断超导线圈(5)处于励磁状态，当检测超导线圈(5)两端的电压数值和预设的电压数值之间的比值不在0.48-0.52范围内时，则判断超导线圈(5)处于失超状态；
步骤三：当超导线圈(5)处于励磁状态时，保护二极管(4)两端电压低，使保护二极管(4)无法导通电流，电流通过超导线圈组导出，并且控制模块控制转换开关(3)连接到电源(1)上，形成励磁回路；
步骤四：当超导线圈(5)处于失超状态时，首先保护二极管(4)两端电压增大，使保护二极管(4)导通电流，对超导线圈组上的电流进行分流，其次，控制模块控制转换开关(3)切换连接到外接电阻(2)上，形成退磁回路，即实现对超导磁体系统进行保护。
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