CN116631721A - 一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应用超导技术领域，具体涉及一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，包括传动模块、装置超导线圈和铁心，所述传动模块与所述铁心通过非导磁性材料固定连接，所述传动模块用于驱动所述铁心在所述装置超导线圈附近移动，以使所述铁心的移动改变所述装置的电感；所述装置超导线圈与目标超导线圈串联，以通过所述装置的电感改变调节所述目标超导线圈的电流。该装置能够灵活、高效地升高或降低处于全电流运行状态的闭合的目标超导线圈中的直流电流。
Description
技术领域
本发明涉及应用超导技术领域，具体涉及一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置。
背景技术
随着高温超导带材生产工艺的进步，高温超导带材的临界电流密度和临界磁场强度被不断提升，由高温超导带材绕成线圈而制作的高温超导磁体能够产生很高的磁场强度，并且几乎无损耗地储存电磁能，其经常被应用于超导磁储能、核磁共振仪和超导电机等装置中。在实际应用中，超导磁体能够在不连接外界电源的条件下以闭环的形式运行，即“全电流运行模式”。然而，目前的高温超导磁体全电流运行技术存在以下问题：
1）零电阻焊接技术尚不成熟，接头电阻的存在会显著加速高温超导磁体电流的衰减，影响高温超导磁体的性能，减少高温超导磁体的使用寿命。
2）尚无能够高效调节直流运行电流的方法，当高温超导磁体被励磁并进入闭环运行后，其运行电流也将固定，使得高温超导磁体的优良性能在不同磁场强度需求下不能得到充分发挥。
因此，如何有效补偿和控制全电流运行超导磁体中的直流电流，是本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，该装置能够灵活、高效地升高或降低处于全电流运行状态的闭合的目标超导线圈中的直流电流。
技术方案
本发明提供一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，包括传动模块、装置超导线圈、铁心和去磁线圈，所述传动模块与所述铁心通过非导磁性材料固定连接，所述传动模块用于驱动所述铁心在所述装置超导线圈附近移动，以使所述铁心的移动改变所述装置的电感；所述去磁线圈缠绕在所述铁心上，并连接可调电源；所述装置超导线圈与目标超导线圈串联，以通过所述装置的电感改变调节所述目标超导线圈的电流。
进一步地，所述铁心采取开放式铁心结构或者闭合式铁心结构，其中，所述开放式铁心结构包括—第一铁心柱，所述第一铁心柱在所述传动模块的控制下移到所述装置超导线圈内部或移离所述装置超导线圈；所述闭合式铁心结构包括—第二铁心柱和静置于所述装置超导线圈内部的半闭合铁心，所述第二铁心柱与所述半闭合铁心的气隙开口相匹配，以使所述第二铁心柱在所述传动模块的驱动下移向并填充所述气隙开口。
进一步地，所述铁心使用高磁导率、低矫顽力的材料制成。
进一步地，所述装置超导线圈的匝数、尺寸，以及所述铁心的尺寸根据所述目标超导线圈的电感进行设计。
进一步地，所述去磁线圈可根据铁心饱和状态选择是否通电以及所通电流大小。
有益效果
本发明提供了一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，该装置能够灵活、高效地升高或降低处于全电流运行状态的闭合的目标超导线圈中的直流电流；进一步地，该装置能够方便、快速地补充由于闭合的目标超导线圈接头电阻焦耳热损耗等原因所产生的电流衰减，从而实时维持目标超导线圈内部磁场大小的稳定；最后，该装置作为目标超导线圈连接的额外能量存储单元，能够提升整个储能系统的容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的用于调节闭合超导线圈直流电流的装置示意图；
图2为本发明一实施例提供的用于调节闭合超导线圈直流电流的装置另一示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，本发明—实施例提供了一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，包括传动模块101、装置超导线圈103、铁心102a和去磁线圈104，传动模块101与铁心102a通过非导磁性材料固定连接，使得铁心102a能够在传动模块101的控制下移动。传动模块101用于驱动铁心102a在装置超导线圈103附近移动，以使铁心102a的移动改变所述装置的电感。装置超导线圈103与目标超导线圈2串联，形成超导闭合回路，铁心102a与装置超导线圈103组成一种电感值可变的超导电感器，通过改变铁心102a的位置来改变所述装置的电感，进而调节与之串联的目标超导线圈2的电流。去磁线圈104缠绕在铁心102a上，并连接调电源，可根据铁心饱和状态选择是否通电以及所通电流大小。
在本实施例中，参阅图1和图2，铁心采取开放式铁心结构或者闭合式铁心结构，其中，如图1所示，开放式铁心结构包括—第一铁心柱102a，第一铁心柱102a在传动模块101的控制下移到装置超导线圈103内部或移离装置超导线圈103。
具体实施的时候，第一铁心柱102a可以通过非导磁性刚性直杆与传动模块101牢固连接，第一铁心柱102a为圆柱形，可以由硅钢片叠压而成。该装置工作时，通过控制传动模块101对第一铁心柱102a所处的位置进行改变，从而调节目标超导线圈2中的运行电流。如需降低目标超导线圈2中的电流，则控制传动模块101将第一铁心柱102a向下移入装置超导线圈103的内部，增加装置1的电感；当第一铁心柱102a与装置超导线圈103几何中心重合时，目标超导线圈2电流降至最低；如需升高目标超导线圈2中的电流，则控制传动模块101将第一铁心柱102a向上移出装置超导线圈103，减小装置1的电感。在调低目标超导线圈2的电流时，若铁心磁路出现饱和，则可向去磁线圈104中通入能够减小铁心磁通的电流，使铁心退饱和，以增大装置对目标超导线圈2的电流调节范围。
此外，如图2所示，所述闭合式铁心结构包括—第二铁心柱102b和静置于装置超导线圈103内部的半闭合铁心105，第二铁心柱102b与半闭合铁心105的气隙开口相匹配，以使第二铁心柱102b在传动模块101的驱动下移向并填充所述气隙开口。
具体实施的时候，第二铁心柱102b可以通过非导磁性刚性直杆与传动模块101牢固连接，静置的半闭合铁心105右侧铁心柱位于装置超导线圈103中，左侧开口铁心柱位于装置超导线圈103外部，其开口尺寸与第二铁心柱102b尺寸一致。工作时，控制传动模块101将第二铁心柱102b向右移向静置的半闭合铁心105，则装置1的电感增加，目标超导线圈2电流下降，当第二铁心柱102b刚好填充静置的半闭合铁心105的开口时，装置1电感达到最大，目标超导线圈2电流降至最低；当第二铁心柱102b向左移离静置的半闭合铁心105，则装置1的电感减小，目标超导线圈2电流上升。在调低目标超导线圈2的电流时，如果铁心磁路出现饱和，为进一步调节电流，则可向去磁线圈104中通入电流减小铁心中的磁通量，使铁心退饱和，以增大装置对目标超导线圈2的电流调节范围。
对于上述两种结构，需要说明的是，对比上述实施案例中所提的两种铁心结构，可以发现图1所示的开放式铁心结构较图2所示的闭合式铁心结构在装置组成上更为简单，但在对目标超导磁线圈的电流调节范围和储能容量提升方面，图2所示结构更具优势。
另外，装置1对目标超导线圈2的电流调节作用表达式如下：
式中L 1为装置1的电感，L 2为目标超导线圈2的电感，i和i'分别为第一铁心柱102a或者第二铁心柱102b移动前和移动后目标超导线圈2中的电流。该式表明，增加装置1的电感，则目标超导线圈2中的电流下降，减小装置1的电感，则目标超导线圈2中的电流上升。
在本实施例中，铁心一般使用高磁导率、低矫顽力的材料制成。装置超导线圈103的匝数、尺寸，以及铁心的尺寸根据目标超导线圈2的电感进行设计。此外，传动模块101能够将铁心灵活移动并长时间静置于所需要的位置。
本发明的优点在于提供了一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，该装置能够灵活、高效地升高或降低处于全电流运行状态的闭合的目标超导线圈中的直流电流；进一步地，该装置能够方便、快速地补充由于闭合的目标超导线圈接头电阻焦耳热损耗等原因所产生的电流衰减，从而实时维持目标超导线圈内部磁场大小的稳定；最后，该装置作为目标超导线圈连接的额外能量存储单元，能够提升整个储能系统的容量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，其特征在于，包括传动模块、装置超导线圈和铁心，所述传动模块与所述铁心通过非导磁性材料固定连接，所述传动模块用于驱动所述铁心在所述装置超导线圈附近移动，以使所述铁心的移动改变所述装置的电感；所述装置超导线圈与目标超导线圈串联，以通过所述装置的电感改变调节所述目标超导线圈的电流。
2.根据权利要求1所述的用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，其特征在于，所述铁心采取开放式铁心结构或者闭合式铁心结构，其中，所述开放式铁心结构包括—第一铁心柱，所述第一铁心柱在所述传动模块的控制下移到所述装置超导线圈内部或移离所述装置超导线圈；所述闭合式铁心结构包括—第二铁心柱和静置于所述装置超导线圈内部的半闭合铁心，所述第二铁心柱与所述半闭合铁心的气隙开口相匹配，以使所述第二铁心柱在所述传动模块的驱动下移向并填充所述气隙开口。
3.根据权利要求1所述的用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，其特征在于，所述铁心使用高磁导率、低矫顽力的材料制成。
4.根据权利要求1所述的用于调节闭合超导线圈直流电流的装置，其特征在于，所述装置超导线圈的匝数、尺寸，以及所述铁心的尺寸根据所述目标超导线圈的电感进行设计。
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