常规的供电方法一般采用电流引入线法,即直接由直流大电流电源供电。事实证明,该方法对于小电流大电感的磁体供电具有简单易行的优点,而对于几千安乃至几方安而电感相对又比较小的超导磁体供电,则不仅电源投资庞大,电流引入的损耗也相当可观。超导磁通泵的特点是引入线不直接与负载线圈相连,而是由低温下的另一个线圈将能量交替地泵入超导磁体。其外部能量则来自高电压低电流电源,这就避免了大电流引线引入的热损耗,从而受到普遍的关注。
自年对出磁通泵的概念以来,人们发展了各种类型的磁通泵。但多数效率不高,而没有得到实际应用。而全波超导整流磁通泵其效率理论上可达,因此倍受人们重视。
近来,中国科学院电工研究所在所长基金的支持下亦开始进行这方面的应究工作。 整流生迢导。通泵除需精心设计低温下各部件外,常温一控制系统不仅是确保其正常运行的关键之一,亦是超导磁通泵简化操作、达到实用的重要保证。 本又将主要介绍其中的控制系统部分。本控制系统已用于磁通泵的实验系统中,实验取得良好的结果。整流型超导磁通泵基本原理如图,为一超导变压器,、为两个超一导开关,是磁体的保护用开关,为一超导磁体。
输入超导变压器原边的电流波形如图么所示,在供电过程中,一个超导‘本课题得到中国科学院电工研究所所长墓金的支持。本文于年月日收到,修改稿于同年月日收到。低温与超导熟年第期环路合上,另一个环路打开,负载电流开始升流。 当原边电流达到大值时,原来打开的开关也合上,这时初始电流维持不变。
然后通过感应法或电阻法将负载电流转换到刚闭合的开关回路中。 这引起初始电流的相应变化。这个交换过程在负载中将引起一可以忽略的衰减,主要看交换的方式和控制系统精度。 这时个环路电流降到零,这一开关可以打开,负载又将开始一步一步的升流。
在一个操作周期内,实际过程可以细分为以下几个阶段电流泵入阶段,原边电流从一几升到,断,合,此时有电流流过,和负载超导磁体超导开关恢复阶段,合上,此时两开关均合上,电流维持恒定电流交换阶段,原边电流产生一反向电流变化刀尸,使流过,中的电流转化到通过流过超导开关触发阶段,触发,失超,即断开,维持电流泵入阶段,此时,原边电流从几降到一几同阶段同,使流过中的电流转到中同,触发失超,维持。 如此,周而复始,负载电流不断升流。 每一周期中有正半波和负半波的两次电流泵入过程,故称全波超导整流器。
总第期温华明等全波超导整流磁通泵控制系统控制系统硬件设计控制系统不仅是确保超导磁通泵正常运行的关键部件之一,也是使超导磁通泵达到实用化的途径。 自动控制系统将大大简化超导磁通泵的操作,从而使超导磁通泵操作起来并不比常规电流引线法复杂。
根据前面对全波超导整流器原理的分析,控制系统至少应能完成以下功能系统初始化控制波形的产生,用于初级变压器的电源和整流器开关的控制负载电流的测量,以决定初级电源的交换电流的步长开关状态的检测,初次级回路电压信号的检测,以及几处温度的测量液氦面检测,电源升流降流指示数据存储与管理实时数据处理,显示磁通泵特性负载功率,充电时间,效率,储能等。硬件结构如图,主要由以下几部分组成由数模转换器、可控交流电源组成的电流信号发生单元由数字信号输入输出接日、开关控制电源、开关控制板组成的超导开关控制单元由通用仪器接口尸、程控数字万用表、多路转换开关及各类低温下使用的传感器组成的数据采集单元功由计算机及其各种外部设备组成的人机对话界面。波形的产生由计算机编程,通过输出一控制波形,推动可控电源的前置输入级,实现所需电流波形的输出。
在调试过程中发现,由于计算机输出信号为数字量,由计算机编程输出的信号直接推动程控电源得到的输出电流波形,有尖峰电压信号出现。
为此,我们在且输出端并联一个拼尸的电容,尖峰电压消失。 软件设计 控制程序设计采用了新程序设计语言。为使用户界面图文并茂,整个操作过程中,屏幕均置于高分辨率彩色图形方式下,并以多个窗口同时显示有关信息,如控制波形,磁通泵运行过程参数。
图给出了其原理框图。 实验与分析本‘控制系统己实际应用于我们自行研制的超导磁通泵的实验工作中,近期的磁通泵总体调试的低温实验取得了良好的结果。