[发明专利]一种基于串联形式的紧凑型超导回旋加速器失超保护电路

说明书

本发明涉及一种基于串联形式的紧凑型超导回旋加速器失超保护电路，包括由电源和两个超导线圈组成的主回路，还包括失超保护模块，失超保护模块与两个超导线圈连接，失超保护模块分别检测两个超导线圈的电压并作出判断；所述主回路上串联有一卸能电阻和一失超保护开关，卸能电阻两端并联有一转换开关，电源两端并联有一续流二极管，所述转换开关和失超保护开关受控于失超保护模块。本发明针对紧凑型超导回旋加速器超导线圈失超保护要求，提出一种基于串联形式的失超保护电路，能够简单有效的实现超导线圈失超保护功能，降低能耗，同时检测更加准确。

技术领域

本发明涉及回旋加速器领域，更具体地说，它涉及一种基于串联形式的紧凑型超导回旋加速器失超保护电路。

背景技术

回旋加速器是一种利用磁场和电场的共同作用于带电粒子的仪器，磁场使带电粒子作回旋运动，在回旋运动中经高频电场反复加速从而形成高速粒子束流。回旋加速器在核医学、航天军工和核物理基础研究等领域有广泛的应用。而超导技术如今也已在电力、医学、国防军工等各个领域广泛应用，它对国民经济和国家建设发挥着巨大的作用。

回旋加速器的超导线圈在极低温度下能够维持超导态。此时，超导线圈其自身阻抗接近零，线圈两端的电压非常低，因此，超导线圈具备非常大的电流载荷能力。

但是当某些原因导致超导线圈的温度发生变化，超过临界温度时，超导线圈就会从超导态转化为非超导态，其自身阻抗会变大。而此时，如果有大电流流过超导线圈，就会产生大量热量，线圈就会迅速升温而导致机械应力等变化而损坏。因此，通常都会采用失超保护系统来保护超导线圈。

在目前已有的超导磁体失超保护方案中，有单独采用磁体内设置失超保护电路的方式，多用于磁体正常工作时不需要带电源运行的装置。而类似于紧凑型回旋加速器的超导线圈，其工作时，需要带电源运行，因此，在磁体内单独设置失超保护电路不能满足要求。通常需要专门的失超检测模块来检测并判断失超信号，用于关断电源，同时利用外置的卸能电阻，将超导线圈的能量泄放掉。卸能电阻一般与电源并联设置，当超导线圈失超时，切断电源，超导线圈的部分能量通过卸能电阻释放。但是在超导线圈正常工作时，卸能电阻也会损耗部分的能量，增加了电源损耗。

同时，针对失超保护电压信号的检测，现有的方案中，多采用通过检测加速器的两个超导线圈的电压差值来判断是否失超，此种模式在实际使用时，由于超导线圈的失超的不确定性，会存在失超时两个超导线圈电压同时变化的情况，单纯检测两个超导线圈的电压差值，易导致失超时，失超保护系统不工作的情况。因此，需采取更加可靠的失超电压检测方式来确保失超保护系统工作正常。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于串联形式的紧凑型超导回旋加速器失超保护电路，能耗低，检测准确。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于串联形式的紧凑型超导回旋加速器失超保护电路，包括由电源和两个超导线圈组成的主回路，还包括失超保护模块，失超保护模块与两个超导线圈连接，失超保护模块分别检测两个超导线圈的电压并作出判断；所述主回路上串联有一卸能电阻和一失超保护开关，卸能电阻两端并联有一转换开关，电源两端并联有一续流二极管，所述转换开关和失超保护开关受控于失超保护模块。

当超导线圈正常工作时，失超保护开关处于闭合状态，电源接通，同时转换开关闭合，卸能电阻被短路，由于线圈处于超导态，其内阻非常小，因此，电流通过电源、失超保护开关、超导线圈构成的主回路，电流绝大部分流过超导线圈。

失超保护模块实时监控两个超导线圈的电压，当超导线圈失超时，其内阻发生变化，导致超导线圈的电压发生变化，当超导线圈电压达到失超保护模块的设定值时，失超保护模块会发出信号，关断失超保护开关以断开电源，同时断开转换开关，此时，卸能电阻、续流二极管、超导线圈构成副回路，超导线圈内的储能通过卸能电阻释放。