一种超导线圈、超导储能装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电磁能量存储及控制领域，尤其涉及一种超导线圈、超导储能装置及控制方法。本发明专利技术针对现有技术中问题，提供一种超导线圈、超导储能装置及控制方法，具有辅助冷却结构和混合超导导线的超导线圈，构成超导电磁储能装置并通过储能控制装置及控制方法，使得储能装置工作状态按负载变化自动选择，实现数字化控制储能装置的工作状态，进行具有保护功能的、高效的和可靠的控制。本发明专利技术中通过超导导线圈本体、线圈骨架、复合超导开关等形成超导线圈进而形成超导装置，通过超导装置控制方法完成本设计，本发明专利技术应用于电磁能量存储及控制领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁能量存储及控制领域，尤其涉及。
技术介绍
由于利用传统铜质导线绕制的电感线圈具有较高的内阻，电流传导密度较低，导致线圈内耗很大和能量密度低，因此无法利用传统导线线圈技术，制备有普遍实际应用意义的电磁储能线圈及电磁储能装置。利用超导线圈制备超导电磁储能装置，具有低损耗和高电流密度的显著优势，但实际应用时必需解决对超导线圈进行有效冷却的问题，超导线圈设计问题，和基于超导线圈电流敏感性的安全保护操作问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的利用传统超导线圈技术，制备有普遍实际应用意义的超导线圈、超导储能装置及控制超导储能装置的技术不足与缺陷问题，提供，具有辅助冷却结构和混合超导导线的超导线圈，构成超导电磁储能装置并通过储能控制装置及控制方法，使得储能装置工作状态按负载变化自动选择，实现数字化控制储能装置的工作状态，进行具有保护功能的、高效的和可靠的控制。本专利技术采用的技术方案如下一种超导线圈包括超导线 圈本体、线圈骨架17、复合超导开关，所述超导线圈本体是超导初始带材或大电流复合超导导线绕制而成，所述复合超导开关包括超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23、超导开关24，所述超导线圈本体端线21两端口分别对应与超导电流弓I线22两端口连接，超导开关弓I线23跨接在超导线圈本体端线21与超导电流引线22连接处，所述超导开关24通过超导开关引线23与超导线圈本体端线21两端口连接。所述超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为YBa2Cu307_x高温超导镀膜导线。所述超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为多芯导线，所述多芯导线是 Bi2Sr2Ca2Cu301(l+x 超导线、(Bi, Pb) 2Sr2Ca2Cu3010+x 超导线 Bi2Sr2Ca1Cu2CVx 超导线、(Bi, Pb) ^r2Ca1Cu2CU超导线、YBa2Cu307_x超导线、MgB2超导线，所述Bi2Sr2Ca2Cu3010+x超导线、(Bi, Pb) 251^&2(11301(|+!￡超导线是Τ:110Κ，所述Bi2Sr2Ca1Cu2CVx超导线、(Bi, Pb) 2Sr2CaiCu208+x超导线是T:85K，所述YBa2Cu307_x超导线是Τ:90Κ，所述MgB2超导线是Τ:39Κ。所述多芯导线是Bi2Sr2Ca2Cu301Q+!^导线或(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu301(l+!^导线绕制形成外层线圈，所述Bi2Sr2Ca1Cu2O8^超导线或(Bi, Pb) 2Sr2Ca1Cu208+x超导线绕制内层线圈。所述当超导线圈通过制冷液冷却时，所述线圈骨架17是聚酯纤维或者金属制作的，所述线圈骨架17在中心轴轴向方向具有均布的多个能通过冷却液的微孔211，在线圈骨架17表面设置有冷却槽18，所述超导线圈本体绕制在线圈骨架17上。所述当超导线圈通过制冷机冷却时，所述超导线圈还包括冷却垫片14，所述冷却垫片14是具有导热性的片状金属传导冷却结构部件，所述片状金属传导冷却结构部件中心孔与线圈骨架17轴向尺寸配合并放置于线圈骨架轴线中部位置，片状金属传导冷却结构部件套在线圈骨架17轴上，片状金属传导冷却结构部件是有缺口的环形并设有用于连接制冷机冷头的关出〗而部。一种超导线圈制备的超导储能装置还包括电子开关单元、第一电容C、处理器、电源P、外接负载R、逻辑保护电路，所述电子开关单元包括第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4，所述电源P、第一开关K1、第二开关K2构成回路，第三开关K3、第四开关K4与外接负载R构成回路，所述超导线圈超导电流引线段一端与第一开关K1、第二开关K2连接端连接，超导线圈超导电流引线另一端与第三开关K3、第四开关K4连接端连接，所述第三开关K3、外接负载R连接端与第二开关K2、电源P负级连接端连接，所述处理器分别输出控制第一开关Kl控制端、第二开关K2控制端、第三开关K3控制端、第四开关K4控制端，所述电源P给超导线圈充电，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值·判断超导储能装置是否处于过流过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流或过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作具体过程是其中处理器检测超导线圈电流值八与负载充电时的电压值Vk (本超导装置给负载充电时的电压值)，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路， 步骤1:根据所述八或者Vk分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若Il或者U从大于处理器预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位信号；否则输出低电平的过流过压标志位信号； 步骤2 :判断是否存在误动操作，处理器根据所述1、或者W得到第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述八或者处理器得到相应的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高； 步骤3 :所述过电压过电流标志位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2。一种超导储能装置控制方法包括 步骤1:所述处理器控制第三开关K3导通，此时第一开关Kl断开、第二开关K2断开、第四开关K4断开，下一时刻，处理器控制第一开关Kl导通，此时超导线圈处于充电状态；步骤2 :若需要超导线圈处于储能状态时，所述第四开关K4、第三开关K3状态不变，处理器控制第一开关Kl断开，下一时刻，处理器控制第二开关K2导通； 步骤3 :若需要超导线圈处于放电状态时，所述第二开关K2状态不变，处理器控制第三开关K3断开，下一时刻，控制第四开关K4导通，所述超导线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导线圈，其特征在于包括超导线圈本体、线圈骨架、复合超导开关，所述超导线圈本体是超导初始带材或大电流复合超导导线绕制而成，所述复合超导开关包括超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线、超导开关，所述超导线圈本体端线两端口分别对应与超导电流引线两端口连接，超导开关引线跨接在超导线圈本体端线与超导电流引线连接处，所述超导开关通过超导开关引线与超导线圈本体端线两端口连接。

【技术特征摘要】
1.一种超导线圈，其特征在于包括超导线圈本体、线圈骨架、复合超导开关，所述超导线圈本体是超导初始带材或大电流复合超导导线绕制而成，所述复合超导开关包括超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线、超导开关，所述超导线圈本体端线两端口分别对应与超导电流引线两端口连接，超导开关引线跨接在超导线圈本体端线与超导电流引线连接处，所述超导开关通过超导开关引线与超导线圈本体端线两端口连接。2.根据权利要求1所述的一种超导线圈，其特征在于所述超导线圈本体、超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线为YBa2Cu3CVx高温超导镀膜导线。3.根据权利要求1所述的一种超导线圈，其特征在于所述超导线圈本体、超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线为多芯导线，所述多芯导线是Bi2Sr2Ca2Cu3Oic^x超导线、(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu30lcl+x 超导线、Bi2Sr2Ca1Cu2O8^ 超导线、(Bi，Pb)^r2Ca1Cu2CVx 超导线、 YBa2Cu3CVx 超导线、MgB2 超导线，所述 Bi2Sr2Ca2Cu3O10^ 超导线、(Bi, Pb) 2Sr2Ca2Cu3010+x 超导线是 Τ:110Κ，所述 Bi2Sr2Ca1Cu2CVx 超导线、(Bi, Pb)2Sr2CaiCu208+x 超导线是 T:85K，所述 YBa2Cu307_x超导线是Τ。 90Κ，所述MgB2超导线是Τ。 39Κ。4.根据权利要求1所述的一种超导线圈，其特征在于超导线圈本体是由多芯导线绕制，所述多芯导线是Bi2Sr2Ca2Cu3CW超导线或(Bi, Pb) 2Sr2Ca2Cu3010+x超导线绕制形成外层线圈，所述Bi2Sr2Ca1Cu2CVx超导线或(Bi, Pb)2Sr2CaiCu208+x超导线绕制内层线圈。5.根据权利要求1至4之一所述的一种超导线圈，其特征在于所述当超导线圈通过制冷液冷却时，所述线圈骨架是聚酯纤维或者金属制作的，所述线圈骨架在中心轴轴向方向具有均布的多个能通过冷却液的微孔，在线圈骨架表面设置有冷却槽，所述超导线圈本体绕制在线圈骨架上。6.根据权利要求1至4之一所述的一种超导线圈，其特征在于所述当超导线圈通过制冷机冷却时，所述超导线圈还包括冷却垫片，所述冷却垫片是具有导热性的片状金属传导冷却结构部件，所述片状金属传导冷却结构部件中心孔与线圈骨架轴向尺寸配合并放置于线圈骨架轴线中部位置，片状金属传导冷却结构部件套在线圈骨架轴上，片状金属传导冷却结构部件是有缺口的环形并设有用于连接制冷机冷头的突出端部。7.根据权利要求1所述的一种超导线圈制备的超导储能装置，还包括电子开关单元、 第一电容、处理器、电源、外接负载，所述电子开关单元包括第一电子开关、第二电子开关、 第三电子开关、第四电子开关，所述电源、第一开关、第二开关构成回路，第三开关、第四开关与外接负载构成回路，所述超导线圈超导电流引线段一端与第一开关、第二开关连接端连接，超导线圈超导电流引线另一端与第三开关、第四开关连接端连接，所述第三开关、外接负载连接端与第二开关、电源负级连接端连接，所述处理器分别输出控制第一开关控制端、第二开关控制端、第三开关控制端、第四开关控制端，所述电源给超导线圈充电，其特征在于还包括逻辑保护电路，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关、 第二开关、第三开关、第四开关的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。8.根据权利要求7所述的一种超导储能装置，其特征在于所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流或过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作具体过程是其中处理器检测超导线圈电流值八与负载充电时的电压值Vk，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、 或门电路、保护电路，步骤1:根据所述八或者Vk分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若Il或者U从大于处理器预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标...

【专利技术属性】
技术研发人员：金建勋，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：