【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超導磁體充電，具體是一種超導無絕緣磁體快速充電結構及充電方法。
技術介紹
1、超導磁體在醫療、磁懸浮、高能物理等領域有很多應用。無絕緣磁體具有強大的過電流承載能力，能夠產生強磁場。與帶絕緣層的超導磁體相比，無絕緣磁體由于匝間電阻的存在而存在充電延遲。在無絕緣超導磁體的等效電路模型中，電感和匝間電阻是并聯的。在充電的起始階段，當電感的反向電動勢產生時，充電電流被分流到匝間電阻支路導致充電延遲。對于具有大電感的大型非絕緣磁體，充電時間將達到數十分鐘至數小時，同時在充電過程中磁體還會產生交流損耗。
2、目前提高充電速度的方法包括智能無絕緣磁體設計、增加金屬絕緣、提升電源功率和多帶材共繞。智能無絕緣磁體利用了v2o3在溫度作用下電阻率的特殊變化：溫度低于175k時，表現為絕緣材料，溫度升高到175k后，電阻迅速減小，表現為導電性質；通過電阻隨溫度的變化，高溫超導磁體在低溫時表現為有絕緣磁體，溫度高于175k時又表現為無絕緣磁體。添加金屬絕緣層會增加匝間電阻，從而降低時間常數。提升電源功率的方式，受限于實際應用電源功率也不可能無限提高。多帶材共繞實際上降低了磁體的電感，從而提高了充電速度。這些方法都只適用于設計階段，對提高現有磁體的充電速度和進一步改進作用不大。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種超導無絕緣磁體快速充電結構及充電方法，以解決上述
技術介紹
中提出的現有技術對現有磁體的充電速度無法進一步改進提高的問題。
2、為實現上述目的，本專利技
3、本專利技術一種用于超導無絕緣磁體快速充電結構，包括超導磁體以及設置于超導磁體內部的互感線圈。
4、進一步地，所述超導磁體設為d字形，所述互感線圈為圓形并靠近d字形超導磁體的直線邊設置。
5、進一步地，所述互感線圈的接入電路與超導磁體的連通電路之間串聯，所述互感線圈的接入電路上安裝有切換開關，通過所述切換開關的切換操作實現所述互感線圈的接入電路與超導磁體的連通電路之間的連通或斷開。
6、進一步地，所述互感線圈的接入電路上并聯有二極管和定值電阻。
7、進一步地，所述互感線圈為多匝帶絕緣的超導線圈，所述超導磁體為內徑足夠可放入互感線圈的空心無絕緣超導線圈。
8、本專利技術還提供一種超導無絕緣磁體快速充電方法，通過將互感線圈通電，利用互感現象在超導磁體內產生感應電流，提高超導磁體的充電速度。
9、作為本專利技術進一步的方案：通過將所述互感線圈與超導磁體的線圈反向繞制，使得所述互感線圈與超導磁體之間的互感系數為負值，進而對所述超導磁體的感應磁場進行抵消，降低超導磁體的感應電動勢，減小對電流的阻礙，以提高所述超導磁體的充電速度；負互感則表示兩個線圈的磁鏈方向相反?，即一個線圈產生的磁場減弱另一個線圈的磁鏈。
10、作為本專利技術進一步的方案：通過構建超導磁體充電電流、充電速度以及互感系數的關聯解析公式，方便代入數據進行直接求解計算；所述超導磁體充電電流il1的解析公式為：
11、
12、
13、
14、
15、其中，a是電流源的充電速度，t表示時間，t0為電源電流達到最大值的時間，i0為電源電流達到最大值時電感電流大小，電感電流指的是無絕緣磁體等效電感支路的電流，可以視作磁體實際電流，時間常數τ是應用在動態系統中的，反映動態系統過渡過程的進展速度，在一階動態電路中，它表示電容或電感充電或放電過程的快慢；e為自然常數；l1為超導磁體的電感，r1為超導磁體等效的徑向匝間電阻，m為互感線圈與超導磁體之間的互感系數，并以iop表示電源電流，ip指的是iop的峰值；
16、作為本專利技術進一步的方案：通過提高互感線圈的匝數，增大互感系數，提高對超導磁體的充電速度。
17、作為本專利技術進一步的方案：通過增大互感線圈的環繞面積，提高對超導磁體的充電速度。
18、作為本專利技術進一步的方案：所述超導磁體和互感線圈均浸沒于杜瓦容器內的液氮中。
19、作為本專利技術進一步的方案：通過將超導磁體和互感線圈串聯，使互感線圈不會分流電源電流，提高充電效率。
20、作為本專利技術進一步的方案：通過在互感線圈的接入電路上安裝切換開關，在充電完成后將互感線圈的接入電路與超導磁體的連通電路的電流斷開，從而不影響所述超導磁體的后續工作。
21、作為本專利技術進一步的方案：通過在互感線圈的連通電路上安裝二極管，二極管的導通方向與連通電路的電流方向一致，有助于降低互感線圈的電流，從而有利于切換開關的切換操作，減少切換開關進行切換操作時互感線圈對所述超導磁體的影響。
22、作為本專利技術進一步的方案：本申請超導磁體為v2o3材料制作；且超導磁體采用多帶材共繞。
23、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：本專利技術超導無絕緣磁體快速充電方法，通過設置互感線圈并通電，利用互感現象在超導磁體內產生感應電流，提高超導磁體的充電速度；其基本原理是，利用互感線圈的感應磁場對超導磁體的感應磁場進行抵消，進而降低超導磁體的感應電動勢，減小對電流的阻礙，最終實現對充電速度的提高；因此本申請的互感線圈與超導磁體的線圈繞向相反，即使得互感系數為負值，以此實現對超導磁體的感應電動勢的削弱；
24、本專利技術為增大互感線圈與超導磁體之間的互感系數，加快超導磁體的充電速度，從線圈匝數、線圈相對位置、線圈繞向等方向進行進一步的改進；
25、對于線圈相對位置而言，本申請將互感線圈設置于超導磁體的線圈內部，以此減小兩個線圈之間的距離，使得超導磁體的線圈與互感線圈之間的磁場耦合增強，帶來互感系數的增加；對于線圈繞向而言，本申請的互感線圈與超導磁體的線圈的繞向相反，即使得互感系數為負值，以此實現對超導磁體的感應電動勢的削弱，加快超導磁體的充電速度；進一步的通過多組測試，明確了線圈匝數以及線圈內徑對本專利技術快速充電方法效果的影響，以便于實際運用。
26、本專利技術提供的電路結構，通過將超導磁體和互感線圈所在電路串聯，使互感線圈不會分流電源電流，提高充電效率；同時串聯連接使得超導磁體和互感線圈共用一個電源，降低了設備要求，利用二極管的單向導通性能對互感電流進行攔阻，以此降低互感線圈的電流，從而有利于切換開關的切換操作，減少互感線圈對超導磁體的影響。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，包括超導磁體（1）以及設置于所述超導磁體（1）內部的互感線圈（2）。
2.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述超導磁體（1）設為D字形，所述互感線圈（2）為圓形并靠近D字形超導磁體（1）的直線邊設置。
3.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述互感線圈（2）的接入電路與超導磁體（1）的連通電路之間串聯，所述互感線圈（2）的接入電路上安裝有切換開關，通過所述切換開關的切換操作實現所述互感線圈（2）的接入電路與超導磁體（1）的連通電路之間的連通或斷開。
4.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述互感線圈（2）的接入電路上并聯有二極管和定值電阻。
5.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述互感線圈（2）為多匝帶絕緣的超導線圈，所述超導磁體（1）為內徑足夠放入互感線圈（2）的空心無絕緣超導線圈。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構
7.根據權利要求6所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構的充電方法，其特征在于，通過將所述互感線圈（2）與超導磁體（1）的線圈反向繞制，使所述互感線圈（2）與超導磁體（1）之間的互感系數為負值，進而對所述超導磁體（1）的感應磁場進行抵消，降低超導磁體（1）的感應電動勢，減小對電流的阻礙，以提高所述超導磁體（1）的充電速度。
8.根據權利要求6所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構的充電方法，其特征在于，通過提高所述互感線圈（2）的匝數，增大互感系數，提高對所述超導磁體（1）的充電速度；
9.根據權利要求6所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構的充電方法，其特征在于，通過將所述超導磁體（1）和互感線圈（2）串聯，使所述互感線圈（2）不會分流電源電流，提高充電效率。
10.根據權利要求6所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構的充電方法，其特征在于，通過在所述互感線圈（2）的接入電路上安裝切換開關，在充電完成后將所述互感線圈（2）的接入電路與超導磁體（1）的連通電路的電流斷開，從而不影響所述超導磁體（1）的后續工作。
...【技術特征摘要】
1.一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，包括超導磁體（1）以及設置于所述超導磁體（1）內部的互感線圈（2）。
2.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述超導磁體（1）設為d字形，所述互感線圈（2）為圓形并靠近d字形超導磁體（1）的直線邊設置。
3.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述互感線圈（2）的接入電路與超導磁體（1）的連通電路之間串聯，所述互感線圈（2）的接入電路上安裝有切換開關，通過所述切換開關的切換操作實現所述互感線圈（2）的接入電路與超導磁體（1）的連通電路之間的連通或斷開。
4.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述互感線圈（2）的接入電路上并聯有二極管和定值電阻。
5.根據權利要求1所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構，其特征在于，所述互感線圈（2）為多匝帶絕緣的超導線圈，所述超導磁體（1）為內徑足夠放入互感線圈（2）的空心無絕緣超導線圈。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的一種超導無絕緣磁體快速充電結構的充電方法，其特征在于，通過將互感線圈（2）通電，利用...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳妍君，儲琳琳，宗明，易越，鄭予容，邰雪，
申請(專利權)人：國網上海市電力公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。