[发明专利]工业级通用超导磁体系统

权利要求书

1.一种工业级通用超导磁体系统，其特征在于，包括：集成电源系统(100)、超导磁体系统(200)、及由所述超导磁体系统(200)内部引出到所述集成电源系统(100)的监测信号及电压信号，其中，

所述监测信号，包括：超导磁体系统(200)的低温容器内部的温度、压力、液位传感器信号(320)；

所述电压信号，包括：从超导线圈(210)引出的电压信号(310)、从高温超导电流引线(250)引出的电压信号(310)、以及从超导开关模块(230)的加热器控制线引出的电压信号(310)；

所述集成电源系统(100)包括：恒流源及控制模块(110)和主回路模块(120)共两个模块，所述恒流源及控制模块(110)与主回路模块(120)连接；

超导磁体系统(200)包括：超导线圈(210)、被动失超保护模块(220)、超导开关模块(230)、传感器组(240)、高温超导电流引线(250)和低温制冷机(260)；

所述恒流源及控制模块(110)包括：电源控制器模块(111)、监控模块(112)和分别与所述电源控制器模块(111)、监控模块(112)连接的恒流源模块(113)；

所述电源控制器模块(111)分别与超导线圈(210)、高温超导电流引线(250)、超导开关模块(230)的加热器控制线、退磁回路(122)连接；

所述监控模块(112)与超导磁体系统(200)连接；

主回路模块(120)包括：电网故障续流回路(121)、退磁回路(122)、主回路开关(123)；

主回路模块(120)中的主回路开关(123)通过集成电源系统(100)内部的铜母排以及外部的电缆线将恒流源模块(113)与超导线圈(210)串联连接，为超导线圈(210)提供电流回路；

主回路模块(120)中的电网故障续流回路(121)、退磁回路(122)分别与恒流源模块(113)以及超导线圈(210)并联连接；所述电源控制器模块(111)包含人机界面以进行电流设置、状态显示，用于接收从超导线圈(210)引出的电压信号(310)、从高温超导电流引线(250)引出的电压信号(310)以及从超导开关模块(230)的加热器控制线引出的电压信号(310)，超导线圈(210)引出的电压信号(310)用于实时检测超导线圈(210)的失超电压，并通过可编程控制器对恒流源及控制模块(110)、退磁回路(122)内部运行状态参数进行输入输出运算处理，采集集成电源系统(100)的输出电压及电流值与失超保护电压及电流阈值进行实时比较，按照设定的运行及保护逻辑对超导磁体运行及保护进行控制，同时提供远程数据传输接口以实现远程控制及显示；所述监控模块(112)接收超导磁体系统(200)的低温容器内部的温度、压力、液位传感器信号(320)在人机界面显示，对于液氦浸泡式冷却的超导磁体，通过控制液氦中布置的加热器加热功率以维持低温容器内部压力维持在微正压的范围内，以防止空气被吸入低温容器内部结冰；所述恒流源模块(113)采用脉冲宽度调制H桥恒流源，以恒流模式为超导磁体提供所需的工作电流；所述电网故障续流回路(121)在集成电源系统(100)的控制器模块(111)检测到电网供电出现短时间中断时，电网供电出现短时间中断的依据为检测到电源供电输入电压幅值降低至80％，分断主回路开关(123)中的开关K1/K2，同时闭合电网故障续流回路(121)中的开关K3，超导线圈(210)中的电流在续流回路中极其缓慢地衰减，维持超导线圈的磁场，电流维持时间td应大于1s，当电网故障时间超过维持时间td后任然没有恢复正常，则由控制器模块(111)发出控制信号分断电网故障续流回路(121)中开关K3，超导线圈(210)内的电流通过退磁回路(122)退除电流，退磁回路(122)内的二极管组的正向导通电压VF小于被动失超保护模块(220)内二极管组的正向导通电压，防止超导线圈(210)在退磁过程中触发被动失超保护模块(220)内的二极管组，超导线圈(210)在正常运行结束后也通过退磁回路(122)退除电流；所述超导线圈(210)位于低温容器内部，使用液氦浸泡方式或者氦制冷机传导方式冷却；

所述低温制冷机(260)提供液氦零蒸发再冷凝或者传导冷却的制冷量，低温制冷机(260)的远程控制信号连接到电源控制器模块111，以实现远程启动/停止的控制；所述被动失超保护模块(220)由正反向串并联的二极管组组成，当超导线圈(210)出现失超，并且阻性电压超过被动失超保护模块(220)的二极管组的导通电压VF后，触发二极管组导通，与超导线圈(210)形成放电回路，快速移除超导线圈(210)内部的储能，对超导线圈(210)进行失超保护；所述电源控制器模块(111)通过实时检测恒流源模块(113)的输出电压及输出电流，在检测到超导线圈(210)出现的失超电压后，通过分断主回路开关(123)，闭合退磁回路(122)中的开关K4，与超导线圈(210)形成放电回路，快速退除超导线圈(210)中的电流，移除储存的能量，对超导线圈(210)进行失超保护；

而对于使用所述超导开关模块(230)闭环运行的超导磁体系统，恒流运行过程中的超导线圈(210)出现失超时仅通过被动失超保护模块(220)的放电回路进行退电流失超保护；对于长时间运行的超导磁体，在超导磁体系统(200)低温容器内部的超导线圈(210)两端并联超导开关模块(230)，超导开关模块(230)内部的加热器通过电压信号(310)接入控制器模块(111)对超导开关进行通断控制，以实现超导线圈(210)的励磁或退磁以及闭环运行切换。

2.如权利要求1所述的工业级通用超导磁体系统，其特征在于，所述高温超导电流引线(250)为可插拔式的二元高温超导电流引线。