本公開涉及超導(dǎo)磁體，尤其涉及一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通泵。

背景技術(shù)：

1、高溫超導(dǎo)帶材具有較高的臨界電流密度和臨界磁場強(qiáng)度，由其繞制成的高溫超導(dǎo)磁體在強(qiáng)磁場領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。然而，由于高溫超導(dǎo)帶材的自身特性，高溫超導(dǎo)磁體無法像低溫超導(dǎo)磁體一樣閉環(huán)運行在“持續(xù)電流模式”。這主要由以下兩個原因造成：首先，在高溫超導(dǎo)帶材中，極薄的超導(dǎo)層被封裝在保護(hù)層中，焊接接頭電阻無法避免，因此會產(chǎn)生焦耳熱損耗，使閉環(huán)運行高溫超導(dǎo)磁體中的電流不斷衰減；其次，高溫超導(dǎo)材料由于熱激活作用會產(chǎn)生磁通蠕動現(xiàn)象，這也會導(dǎo)致其中電流的衰減。

2、在實現(xiàn)本公開實施例的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)相關(guān)示例中使用直流電源直接為高溫超導(dǎo)磁體進(jìn)行勵磁，存在勵磁成本較高、且勵磁效率較低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通泵、系統(tǒng)及其控制方法，以期部分地解決上述技術(shù)問題中的至少之一。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通泵、系統(tǒng)及其控制方法。

3、根據(jù)本公開的第一個方面，提供了一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通泵，包括：

4、變壓器，包括第一鐵芯和圍繞在第一鐵芯上的初級繞組和次級繞組，初級繞組與第一交流電源連接，次級繞組與超導(dǎo)磁通橋構(gòu)成第一閉合回路，用于向超導(dǎo)磁通橋提供與初級繞組上的電流對應(yīng)的感應(yīng)電流。

5、電磁鐵，包括第二鐵芯和圍繞在第二鐵芯上的繞組；第二繞組與第二交流電源連接，用于向超導(dǎo)磁通橋施加交變磁場，使得超導(dǎo)磁通橋兩端感應(yīng)得到直流電壓。

6、超導(dǎo)線圈，與超導(dǎo)磁通橋構(gòu)成第二閉合回路，以利用直流電壓對超導(dǎo)線圈進(jìn)行勵磁。

7、根據(jù)本公開的實施例，電磁鐵包括：

8、正向電磁鐵，包括第二鐵芯和圍繞在第二鐵芯上的繞組，第二繞組與第二交流電源連接，用于向第一超導(dǎo)磁通橋施加交變磁場，使得第一超導(dǎo)磁通橋兩端感應(yīng)得到第一直流電壓，其中，第一直流電壓的方向與第一交流電源的正向電流方向相同。

9、負(fù)向電磁鐵，包括第三鐵芯和圍繞在第三鐵芯上的繞組，第三繞組與第三交流電源連接，用于向第二超導(dǎo)磁通橋施加交變磁場，使得第二超導(dǎo)磁通橋兩端感應(yīng)得到第二直流電壓，其中，第二直流電壓的方向與第一交流電源的負(fù)向電流方向相反。

10、根據(jù)本公開的實施例，電磁鐵的數(shù)量與次級繞組的數(shù)量、磁通橋的數(shù)量相對應(yīng)。

11、根據(jù)本公開的實施例，超導(dǎo)磁通橋的感應(yīng)面與交變磁場的磁感應(yīng)方向垂直。

12、根據(jù)本公開的實施例，初級繞組的匝數(shù)與次級繞組的匝數(shù)之比包括：20:1~200:1。

13、根據(jù)本公開的實施例，超導(dǎo)磁通橋、次級繞組和超導(dǎo)線圈均為超導(dǎo)材料。

14、根據(jù)本公開的實施例，次級繞組、超導(dǎo)磁通橋和超導(dǎo)線圈設(shè)置于預(yù)定溫度的容器內(nèi)，預(yù)定溫度小于超導(dǎo)材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度。

15、根據(jù)本公開的實施例，超導(dǎo)磁通橋、次級繞組和超導(dǎo)線圈均處于超導(dǎo)態(tài)。

16、本公開的另一方面提供了一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通系統(tǒng)，包括：上述超導(dǎo)磁通泵和控制器。

17、控制器，與第一交流電源和第二交流電源電連接，用于根據(jù)初級繞組中的交變電流的方向控制電磁鐵的工作狀態(tài)，以及調(diào)節(jié)第一交流電源和第二交流電源的工作參數(shù)。

18、本公開的另一方面提供了一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通系統(tǒng)的控制方法，包括：

19、響應(yīng)于檢測到初始繞組交變電流的方向為預(yù)定方向，控制與預(yù)定方向?qū)?yīng)的交流電源開啟，以向超導(dǎo)磁通橋施加交變磁場，使得超導(dǎo)磁通橋兩端感應(yīng)得到與次級繞組電流方向相同的直流電壓。

20、響應(yīng)于檢測到初始繞組的交變電流的參數(shù)超過第一預(yù)定閾值范圍，向與第一交流電源連接的調(diào)節(jié)裝置發(fā)送第一控制指令，以調(diào)節(jié)第一交流電源的工作參數(shù)，以及

21、響應(yīng)于檢測到交變磁場的參數(shù)超過第二預(yù)定閾值范圍，向與第二交流電源連接的調(diào)節(jié)裝置發(fā)送第二控制指令，以調(diào)節(jié)第二交流電源的工作參數(shù)。

22、根據(jù)本公開實施例，基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通泵通過使用交流電源供電，電磁鐵產(chǎn)生的交變磁場作用于載流超導(dǎo)磁通橋時，超導(dǎo)材料對磁通的釘扎力將被打破，此時在超導(dǎo)材料中產(chǎn)生動態(tài)電阻效應(yīng)，超導(dǎo)磁通橋兩端感應(yīng)出直流電壓，該電壓能夠為超導(dǎo)線圈進(jìn)行勵磁。同時，由于超導(dǎo)線圈的電阻為零，超導(dǎo)磁通橋兩端電壓在超導(dǎo)線圈中激發(fā)的電流會逐漸積累，對在封閉低溫系統(tǒng)中閉環(huán)運行的直流超導(dǎo)磁體的無線勵磁，實現(xiàn)了對高溫超導(dǎo)磁體磁場的靈活補(bǔ)償，高效地維持閉環(huán)運行超導(dǎo)磁體的磁場穩(wěn)定。與相關(guān)示例中以直流電源直接對高溫超導(dǎo)磁體勵磁的方法相比，有效降低了勵磁成本，提高了勵磁效率。

技術(shù)特征：

1.一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通泵，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁通泵，其特征在于，所述電磁鐵包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)磁通泵，其特征在于，所述電磁鐵的數(shù)量與所述次級繞組的數(shù)量、所述磁通橋的數(shù)量相對應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)磁通泵，其特征在于：所述超導(dǎo)磁通橋的感應(yīng)面與所述交變磁場的磁感應(yīng)方向垂直。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁通泵，其特征在于：所述初級繞組的匝數(shù)與所述次級繞組的匝數(shù)之比包括：20:1~200:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的超導(dǎo)磁通泵，其特征在于：所述超導(dǎo)磁通橋、所述次級繞組和所述超導(dǎo)線圈均為超導(dǎo)材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)磁通泵，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)磁通泵，其特征在于：所述超導(dǎo)磁通橋、所述次級繞組和所述超導(dǎo)線圈均處于超導(dǎo)態(tài)。

9.一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通系統(tǒng)，其特征在于，包括：如權(quán)利要求1-8任一項所述超導(dǎo)磁通泵和控制器，

10.一種基于權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種基于交變磁場耦合的超導(dǎo)磁通泵、系統(tǒng)及其控制方法，超導(dǎo)磁通泵包括：變壓器，包括第一鐵芯和圍繞在第一鐵芯上的初級繞組和次級繞組，初級繞組與第一交流電源連接，次級繞組與超導(dǎo)磁通橋構(gòu)成第一閉合回路，用于向超導(dǎo)磁通橋提供與初級繞組上的電流對應(yīng)的感應(yīng)電流；電磁鐵，包括第二鐵芯和圍繞在第二鐵芯上的繞組，第二繞組與第二交流電源連接，用于向超導(dǎo)磁通橋施加交變磁場，使得超導(dǎo)磁通橋兩端感應(yīng)得到直流電壓；以及超導(dǎo)線圈，與超導(dǎo)磁通橋構(gòu)成第二閉合回路，以利用直流電壓對超導(dǎo)線圈進(jìn)行勵磁。

技術(shù)研發(fā)人員：李超,李賡堯,信贏,李斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10