專利名稱：具有快速開斷的電磁控制式超導開關的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力系統超導電工技術領域，具體涉及一種新型快速開斷的采用電磁 控制的超導開關。
背景技術：
超導開關是利用超導體處于超導態時的零電阻，低熱導性質，邁斯納效應以及超 導態與常態迅速轉變的性質，做成的“開關”裝置。當超導開關的導通時電阻為零，很大程 度上能降低儲能電路中的電流在流過開關時產生的能量損耗；且超導開關開斷時間短，電 阻變化率比較大，是其它開關器件如GTR，MOSFET等無法做到的。超導線材運行超導態時具有三個臨界參量臨界溫度、臨界電流、臨界磁場。當超 導線材的運行參數超過任一臨界參量時，超導線材超導特性就會失去，因此可以通過影響 超導線材的運行參數來控制超導開關的閉合和開斷。傳統超導開關的控制方式主要有熱控 式和磁控式。熱控式超導開關是利用線圈中與超導線材接觸的加熱絲來實現超導態與常態 之間的轉變；磁控式超導開關則是利用磁場來實現超導態與常態之間的轉變，即當外加磁 場超過超導開關的臨界磁場時，超導開關轉變為常態。熱控式超導開關結構簡單，易于控制，但其熱阻尼效應的弛豫時間較長，限制開關 開斷速度的提高。磁控式超導開關開斷速度受到提供磁場的線圈的自感限制，其開斷速度 主要與磁場在超導開關線材內的擴散速度限制和磁場的瞬時功率有關，合理的磁體結構能 使磁控開關開斷速度大大高于熱控開關，但是其技術復雜且閉合過程中具有遲滯現象。在實際應用中，高溫超導線材的臨界電流都比較大(例如鉍系超導線材的臨界電 流可以高達數百安培)，所以要通入比較大的觸發電流才能使超導開關失超。而大觸發電流 可能使焊接點(外電流的注入、流出點)和超導開關失超的歐姆(焦耳)熱效應很明顯，造 成臨界電流式超導開關的溫度升高，且嚴重的局部溫升可能導致超導線絕緣，或是接頭焊 接點融化，從而影響臨界電流式超導開關的安全運行。
發明內容
鑒于現有技術的以上缺點，本發明的目的是降低超導開關的臨界電流，從而解決 熱控式超導開關開斷時間長，磁控式超導開關磁控裝置復雜，臨界電流式超導開關在通入 大觸發電流時的發熱不穩定的缺點，并減少臨界電流式超導開關的觸發源大小。本發明的目的是通過如下的手段實現的。一種具有快速開斷的電磁控制式超導開關，在由觸發源、觸發開關、超導無感線圈 構成臨界電流式超導開關。在所述超導無感線圈附近設置一由一個勵磁電源和一個勵磁線 圈構成的可向超導線圈提供大小及方向可控的外加磁場的勵磁回路。采用本發明的手段，通過增加一簡單勵磁回路，降低了超導開關開斷時的臨界電 流，解決了磁控式超導開關磁控裝置復雜的問題；解決了熱控式超導開關開斷時間較長的 問題；解決了臨界電流式超導開關焊接點(接頭電阻)及超導開關失超電阻發熱不穩定的問題，并減少臨界電流式超導開關的觸發源大小和了冷卻媒體的揮發，加速超導開關從超 導狀態轉換成失超狀態，從而加速了超導開關開斷速度，實現一種具有快速開斷能力的超 導開關。
圖1為本發明電磁控制式超導開關的基本原理2為本發明電磁控制式超導開關的結構示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖中，觸發電源(1)、觸發開關(2)、勵磁電源(3)、杜瓦(4、勵磁線圈(5)、外加磁場 (6)、超導無感線圈(7)。由圖1和圖2可看到，此超導開關是將勵磁回路引入臨界電流式超導開關中，當觸 發開關(2)斷開時，勵磁線圈(5)不通電，觸發源(2)無法向超導無感線圈(7)放電，勵磁 線圈(5)與觸發源(1)對超導開關無影響，流經超導開關的電流小于其臨界電流，開關對外 仍呈超導態；觸發開關(2)閉合后，勵磁電源(3)對勵磁線圈(5)供電，從而勵磁線圈(5) 向超導線圈7提供一大小、方向可控的外加磁場(6)，所述外加磁場(6)根據需要加到超導 線圈(7)上，降低了超導線圈(7)的臨界電流，同時與超導開關并聯的觸發源(1)向超導開 關放電，使流經超導線圈(7)的電流超過超導線圈(7)的臨界電流，此時超導開關K失超變 為常態，在開斷過程中加速超導開關從超導狀態轉換成失超狀態，從而加速了超導開關開 斷速度。所述勵磁回路由勵磁電源(3)，勵磁線圈(5)和觸發開關(2)組成。勵磁線圈(5) 可以采用超導線材繞制，也可以采用普通導線繞制。在強磁場、大場角的工作環境中，臨界 電流隨磁場增加下降較慢，而在弱磁場、大場角工作環境中，臨界電流隨磁場增加下降較 快。在同樣的外磁場作用下，場角(背景磁場與帶面夾角)越大，其臨界電流值越小，因此 與弱磁場、大場角相比，在弱磁場、小場角時，臨界電流隨磁場的增加衰減得較慢。所以我們 把勵磁線圈(5)套在超導線材繞制的無感線圈的外部，放置在低溫冷源容器(杜瓦)中，此 種結構外磁場場角最大為90°，無感線圈的臨界電流隨外磁場的增加下降最快。當觸發開關(2)閉合時，勵磁電源(3)向勵磁線圈(5)提供勵磁電流，勵磁線圈 (5)向超導線圈(7)提供一大小、方向可控的外加磁場，從而降低了超導線圈(7)的臨界電 流，同時與超導開關并聯的觸發源(1)向超導開關放電，使流經超導線圈(7)的電流超過超 導線圈(7)的臨界電流，此時超導開關K失超變為常態，電阻相對變大，超導開關呈現為電 阻態，相當于開斷狀態；斷開觸發開關(2)后，觸發源(1)和勵磁電源(3)停止放電，勵磁線 圈(5)與觸發源(1)對超導開關無影響，流經超導開關的電流低于超導開關臨界電流，此時 K進入超導態，電阻變的相對小，相當于閉合狀態。本發明實施例提供的電磁控制式超導開關，在液氮環境下，載流能力為100A，其斷 路時間小于5ms。它可以廣泛用于高溫超導儲能脈沖功率系統，以及其他需要快速斷路開關 的電路系統之中。本發明所述的電磁控制式的超導開關，上述針對較佳實施例的描述過于具體，本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理， 應被理解為發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據上述描述做出 各種可能的等同替換或改變，均被認為屬于本發明的權利要求的保護范圍。
權利要求
具有快速開斷的電磁控制式超導開關，在由觸發源、觸發開關、超導無感線圈構成臨界電流式超導開關，其特征在于在所述超導無感線圈附近設置一由一個勵磁電源和一個勵磁線圈構成的可向超導線圈提供大小及方向可控的外加磁場的勵磁回路。
2.根據權利要求1所述之具有快速開斷的電磁控制式超導開關，其特征在于所述勵 磁線圈采用超導線材或普通導線繞制勵磁線圈套在超導線材繞制的無感線圈的外部。
3.根據權利要求1或2所述之具有快速開關的電磁控制式超導開關，其特征在于所 述勵磁回路與觸發回路由同一觸發開關控制勵磁回路和觸發回路的開斷與閉合。
全文摘要
本發明公開了一種具有快速開斷的電磁控制式超導開關，在由觸發源、觸發開關、超導無感線圈構成臨界電流式超導開關，在所述超導無感線圈附近設置一由一個勵磁電源和一個勵磁線圈構成的可向超導線圈提供大小及方向可控的外加磁場的勵磁回路。采用本發明的結構降低了超導開關的臨界電流，解決了磁控式超導開關磁控裝置復雜的問題；加速超導開關從超導狀態轉換成失超狀態，具有加速超導開關開斷速度，實現快速開斷的優點。
文檔編號H03K17/92GK101895284SQ20101022509
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月13日 優先權日2010年7月13日
發明者嚴仲明, 方萬民, 李海濤, 王豫, 邵慧 申請人:西南交通大學