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失超保护

/quench protection/
条目作者王秋良

王秋良

最后更新 2022-12-23
浏览 193
最后更新 2022-12-23
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通过降低超导磁体失超时的局部发热和电压水平,防止磁体因失超损坏而建立的磁体保护方法。

英文名称
quench protection
所属学科
材料科学与工程

失超是超导磁体运行的重要现象。失超过程中释放出的磁体能量将使磁体局部温度迅速升高,若温度过高,会破坏超导体内部的结构甚至烧毁磁体。因此,超导磁体的失超保护方法主要从能量的转移和平衡来考虑。一种是将磁体能量的一部分或大部分引出,另一种是加快失超传播,使能量尽量平均分配到整个磁体。

超导磁体的失超保护可采用主动保护和被动保护两种方式。主动保护一般包括失超检测和启动保护两步。磁体一旦失超,正常区传播电阻就会增长,表现为线圈的电流和电压变化;随后检测系统会启动保护动作,即切断电源或通过加热器来加速失超,避免热量释放过于集中造成热点温升过高。主动保护的优点在于它能更准确地测出失超信号,排除干扰,获得较高的信噪比,对于像核磁共振谱仪、核磁共振成像装置这种多线圈有互感耦合的磁体,还可以控制保护启动的时间,调整失超先后顺序,从而对失超过程中线圈间的耦合进行控制,防止某些小线圈耦合电流过大而带来的过应力问题。但主动保护的信号处理系统往往需要较复杂的电路(如比较电路、积分电路),会增大保护系统的失效风险和磁体制冷负担。被动保护没有独立的失超检测电路,只依靠磁体失超过程中自身电压来启动保护,通过磁体内与线圈并联的电阻及二极管等简单电器件为磁体提供保护。被动保护系统常采用电路分段保护的形式,对线圈电路进行组合、分段和排序,并联分段电阻及二极管形成电阻-电感回路,以达到控制各线圈电流及电压变化的目的。此外,被动保护也常会采用加热器来加速失超,如何设计加热器的材料、尺寸及加热电路对于被动保护来讲也是一个关键问题。

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