[发明专利]超导磁体周期升降磁电路及其控制方法

说明书

本发明公开了一种超导磁体周期升降磁电路及其控制方法，包括2个功率开关、3个功率二极管、1个电容和1个可编程的直流电源，其中2个功率开关和2个功率二极管构成H型电路的四个桥臂，超导线圈位于H型电路的中央，H型电路的四个桥臂的布置方式为使得电流只能以一个方向流过超导线圈；电容与H型电路并联，直流电源与1个功率二极管串联形成电源支路后也与H型电路并联。本发明具备：1.节能，电流控制进入正常工作时序以后，从电网取电的直流电源仅需补充电路自身消耗的少部分能量，从而将磁选机从高耗能设备转变为节能设备；2.高效，允许在兼顾超导线圈稳定性的同时使磁选机的工作效率最大化；3.可靠，不存在同侧桥臂同时导通的风险。

技术领域

本发明属于电能变换技术领域，尤其涉及一种用于电磁浆料磁选机的超导磁体周期升降磁电路及其控制方法。

背景技术

磁系是电磁浆料磁选机的关键功能部件，由线圈、铁铠和磁极组成。电磁浆料磁选机的基本原理是：给线圈加载电流，则与电流相对应的磁场充满聚磁介质所在空间，在磁场力的作用下磁性矿粒被聚磁介质捕获；当捕获量接近饱和时把线圈电流降为零，磁场随之降为零，磁场力也随之消失，在清水或气体或它们的混合物的冲刷下磁性矿粒离开聚磁介质及所在空间。上述两个过程交替运行，实现磁性矿物与非磁性矿物分离的连续生产。可见，零磁场和指定磁场的持续时间是由生产工艺决定的，是必要的；而升磁和降磁花费的时间不是生产工艺所必需的，它们降低了磁选机的工作效率。

由于超导导体的电阻率为零且电流密度上限高，与常导线圈相比超导线圈有两个显而易见的好处：第一、在相同体积的空间里可以长时间提供数倍于常导线圈的磁场；第二、完全没有由电阻导致的功率损耗。前者可被用来分离更弱磁性的矿粒，扩展磁选机的使用范围；后者则具有明显的节能优势。

常导线圈中的能量分为两个部分，一部分以磁能的方式储存在自身的电感中，另一部分以焦耳热的形式耗散在自身的电阻上。前者用于产生磁场，是有用的能量，其所占比例决定了磁选机的能量利用效率。目前能量利用效率最高的一种升降磁场的方式是：利用功率开关器件使控制电路交替地工作在整流和逆变模式，进而实现交替地从电网取能和向电网馈能。为了节约设备成本，常导电磁浆料磁选机经常使用简单的整流逆变电路。简单逆变所导致的高频分量使得回馈给电网的电能是低质量的，甚至被认为是对电网的污染，进而受到限制。所以这种控制方式的实际使用效果并不理想。另外一种更加直接的降磁方式是利用外部电阻把线圈中的磁能转化为热能。从而常导线圈中所有的能量最终全部被外部电阻消耗殆尽。

磁能密度与磁场强度的平方成正比，为了产生更强的磁场，超导线圈中的磁能通常要远大于常导线圈。如果采用前面的升降磁方式，则意味着超导电磁浆料磁选机比常导电磁浆料磁选机更加耗能。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种超导磁体周期升降磁电路及其控制方法，使超导电磁浆料磁选机交替地工作在零磁场和指定磁场，同时发挥超导线圈无阻性功率损耗的优势，达到节能且不污染电网的目的。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

超导磁体周期升降磁电路，包括2个功率开关、3个功率二极管、1个电容和1个可编程的直流电源，其中2个功率开关和2个功率二极管构成H型电路的四个桥臂，超导线圈位于H型电路的中央，H型电路的四个桥臂的布置方式为使得电流只能以一个方向流过超导线圈；电容与H型电路并联，直流电源与1个功率二极管串联形成电源支路后也与H型电路并联。

作为优选，由于在升磁过程中需要切断大电流的能力，功率开关选择全控型的。

作为优选，直流电源允许在电流源和电压源两种工作模式之间自动切换，电源支路中功率二极管的阳极与直流电源正极相连。