专利名称：一种用于超导磁体充放电的电流调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于超导磁体充放电的电流调节器，属于电工技术领域。
背景技术：
超导具有的零电阻以及强磁场下载流能力大的特性，使得超导磁体得到了广泛的应用，特别是用于高能物理实验中用于产生强磁场的大型磁体，几乎已经取代了所有体积大、耗电多的常规磁体；同时，随着超导电力技术的发展，特别是微型超导贮能，在国外已经商品化，广泛用于改善电能质量、提高电力系统稳定性等，这些都使得超导磁体得到了前所未有的应用。
超导磁体一般运行电流都在kA级，且为一大电感，这对超导磁体的充放电技术提出了新的要求。充放电电流大，电压低，充放电电压稳定且电压的变化范围大，同时需要开关频率高、功率密度大以及控制性能好，这些都是用于超导磁体充放电的基本要求，特别在商用的微型超导贮能上要求更为迫切。
目前常用的方案，都是采用充放电设备各一套，例如美国专利Pub.No.US2002/0030952“超导磁体放电方法及装置”，美国专利5,181,170“超导磁体及其供电装置”。上述现有技术中充电可完成两个功能稳态时给超导磁体充电并维持磁体电流恒定；放电设备即斩波器完成快速放电功能。存在的问题是充放电不仅需要两套设备，而且充电设备如果既要保持磁体电流恒定又要完成快速充电功能则容量非常大，如美国专利6,157,094“超导磁体及其供电装置”；放电设备，图1示的US2002/0030952“超导磁体放电方法及装置”，具体结构图中10、11为磁体部分，19为磁体充电电源，其它部分为放电部分，也即斩波器，它将超导磁体的电流直接变换成电压。它由开关22和20直接对磁体电流进行斩切，这使得开关损耗非常大，并且直流电压25部分需要的电容器容量非常大，从而磁体的励磁电压大，这不仅不利于磁体的稳定，而且使得磁体交流损耗增大，提高了磁体的运行费用。
发明内容
本发明的技术解决问题是为克服已有技术的不足，提供了一种用于超导磁体充放电的电流调节器，不仅可以给磁体充电，还可以将磁体中贮存的电能释放出去，并且充放电电压灵活可调，且结构简单紧凑，功率密度高，体积小，不仅提高了磁体充放电系统的性能，而且能大大减少成本。
本发明的技术解决方案是一种用于超导磁体充放电的电流调节器，其特点在于它由电压单元、变压器单元与电流单元三部分组成。电压单元为一直流侧为电容器的电压源换流器，电流单元为一直流侧接超导磁体的电流源换流器，电压源换流器的交流输出侧与变压器原边相连，电流源换流器的交流输出侧与变压器副边相连。其中变压器单元可以是普通变压器，也可以是一侧或者两侧皆为带抽头的变压器。本发明不仅可以给磁体充电，还可以将磁体中贮存的电能释放出去，并且充放电电压灵活可调。本发明电流单元电流大但电压低，而电压单元电流和电压对于开关容量来说都不大，这不仅降低了开关损耗，还可以提高开关频率，从而大大减小了电压单元中的电容器的容量，缩小了变压器单元中变压器的体积，从而提高了功率密度和系统性能。本发明结构简单紧凑，不仅提高了磁体充放电系统的性能，而且能大大减少费用降低成本。
图1是现有技术美国专利US2002/0030952的原理图；图2是本发明的主电路线路图。UI为电流单元，UT变压器单元，UV电压单元，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7与S8为开关，DC为直流电源，LOAD为负载，C电容器，T副边带中间抽头的变压器，*表示变压器同名端，L为超导磁体，I磁体电流；图3是本发明图2的主电路原理图。S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7与S8为开关，DC为直流电源，LOAD为负载，C电容器，LP为变压器T与电压单元相连接的原边，L1、L2分别为变压器T与电流单元相连接的副边的两个绕组，*表示变压器同名端，L为超导磁体，I磁体电流；图4是本发明的具体实施例1变压器副边带抽头的电流调节器的线路图。UI为电流单元，UT变压器单元，UV电压单元，T1、T2、T3、T4、T5、T6与D1、D2、D3、D4、D5、D6分别为绝缘门极双极型晶体管IGBT及与其并联的二极管，D11、D21分别为与绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2相串联的二极管，S1与S2为开关，DC为直流电源，LOAD为负载，C电容器，T副边带中间抽头的变压器，*表示变压器同名端，L为超导磁体；图5是本发明的具体实施例2变压器原副边皆带抽头的电流调节器的线路图。UI为电流单元，UT变压器单元，UV电压单元，T1、T2、T3、T4与D1、D2、D3、D4分别为绝缘门极双极型晶体管IGBT及与其并联的二极管，D11、D21分别为与绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2相串联的二极管，S1与S2为开关，DC为直流电源，LOAD为负载，C电容器，T原副边皆带中间抽头的变压器，*表示变压器同名端，L为超导磁体；图6是本发明的具体实施例3变压器原边带抽头的电流调节器的线路图。UI为电流单元，UT变压器单元，UV电压单元，T1、T2、T3、T4、T5、T6与D1、D2、D3、D4、D5、D6分别为绝缘门极双极型晶体管IGBT及与其并联的二极管，D11、D21、D31、D41分别为与绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2、T3、T4相串联的二极管，S1与S2为开关，DC为直流电源，LOAD为负载，C电容器，T原边带抽头的变压器，*表示变压器同名端，L为超导磁体；图7是本发明的具体实施例4变压器原副边皆不带抽头的电流调节器的线路图。UI为电流单元，UT变压器单元，UV电压单元，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8与D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8分别为绝缘门极双极型晶体管IGBT及与其并联的二极管，D11、D21、D31、D41分别为与绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2、T3、T4相串联的二极管，S1与S2为开关，DC为直流电源，LOAD为负载，C电容器，T原副边皆不带抽头的变压器，*表示变压器同名端，L为超导磁体。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述本发明的主电路线路图如图2所示，图3是本发明的主电路原理图。
图2中，本发明由电压单元UI、变压器单元UT，与电流单元UV三部分组成。变压器单元UT为与电流单元相连的一侧带抽头的变压器。电压单元UV为一直流侧为电容器C与分别由开关S3和S4、S5和S6两两串联组成的电压源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，即电压源换流器的交流输出与变压器T原边相连。电流单元UI为一电流源换流器，它的直流侧一端连接于变压器T的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器T的上下两个端子连接的开关S1、S2的另一侧共同连接而成；电流源换流器的直流侧与超导磁体L连接，而电压源换流器的直流侧电容器C与分别由开关S7和直流电源DC、开关S8与负载LOAD相串联组成的支路并联连接。
图3是本发明的主电路原理图，其中LP表示变压器T与电压单元相连接的原边，L1、L2分别表示变压器T与电流单元相连接的副边的两个绕组，*表示变压器同名端。
开关S7闭合，开关S8打开时，也即是电流调节器与直流电源DC相连，对磁体L进行充电。具体如下电流调节器的电压单元的直流端电容器C与直流电源DC相连，由后者提供电压或者能量。当分别将组成电压换流器的开关S3与S6、S4与S5交替开断时，电压换流器的交流输出侧，即是变压器T的原边LP为交流方波，变压器的副边，也即是副边绕组L1、L2的两端输出为交流方波，此时电流换流器的开关S1、S2工作于整流状态，给磁体L充电。磁体两端充电电压的大小可由调节电压换流器的开关S3与S6、S4与S5的占空比来调节。逻辑关系如下开关S3与S6闭合，S4与S5打开，变压器T的原边LP输出为电容器C的电压，为正电压，此时闭合开关S2，L2的两端输出为变压器变压后的正值电压，电压方向由同名端决定，大小为电容器C的电压/变压器变比，给磁体L充电。若开关S3与S6、S4与S5同时打开，变压器T输出为零，磁体两端电压为零，磁体L的电流I保持不变，以上为开关S3与S6、S4与S5的动作的上半周；当开关S4与S5闭合，S3与S6打开，变压器T的原边LP输出为电容器C的反向电压，为负电压，此时闭合开关S1，L1的两端输出为变压器变压后的负值电压，电压方向由同名端决定，大小为电容器C的电压/变压器变比，磁体两端电压与L1的两端方向相反，大小相等其值依然为正的。变压器变压后的电容器C的电压与变压器变比的商，与开关S3与S6、S4与S5的动作的上半周相同，给磁体L充电；若开关S3与S6、S4与S5同时打开，变压器T输出为零，磁体两端电压为零，磁体L的电流I保持不变，这与S3与S6、S4与S5的动作的上半周相同，为开关S3与S6、S4与S5的动作的下半周。通过调节开关S3与S6和S4与S5的在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的充电电压。
开关S8闭合，开关S7打开时，也即是电流调节器与负载LOAD相连，对磁体L进行放电。具体如下电流调节器的电压单元的直流端电容器C的初始值可由直流电源DC给定。当分别将组成电压换流器的开关S3与S6、S4与S5开断时，电压换流器的交流输出侧，即是变压器T的原边LP为交流方波，变压器的副边，也即是副边绕组L1、L2的两端输出为交流方波，此时电流换流器的开关S1、S2工作于逆变状态，给磁体L放电。设磁体的电流I方向如图2所示，S1、S2皆闭合，开关逻辑关系如下开关S3与S6闭合，S4与S5打开，变压器T的原边LP输出为电容器C的电压，为正电压，此时打开开关S2，L1的两端输出为变压器变压后的正值电压(电压方向由同名端决定，大小为电容器C的电压/变压器变比)，也即是磁体L两端电压，它与磁体的电流I方向相反，磁体L放电。若开关S3与S6、S4与S5同时打开，变压器T输出为零，磁体两端电压为零，磁体L的电流I保持不变，以上为开关S3与S6、S4与S5的动作的上半周；当开关S4与S5闭合，S3与S6打开，变压器T的原边LP输出为电容器C的反向电压，为负电压，此时打开开关S1，L2的两端输出为变压器变压后的负值电压，电压方向由同名端决定，大小为电容器C的电压/变压器变比。相当于L2的两端输出电压为变压器变压后的正值电压，电压方向与同名端决定的方向相反，大小为电容器C的电压/变压器变比，也即是磁体L两端电压，它与磁体的电流I方向相反，磁体L放电。若开关S3与S6、S4与S5同时打开，变压器T输出为零，磁体两端电压为零，磁体L的电流I保持不变，这与S3与S6、S4与S5的动作的上半周相同，为开关S3与S6、S4与S5的动作的下半周。通过调节开关S3与S6和S4与S5的在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的放电电压。
图4为本发明的实施例1。本发明由电压单元UI、变压器单元UT，与电流单元UV三部分组成。变压器单元UT为与电流单元相连的副边带抽头的变压器。电压单元UV为一直流侧为电容器C与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT T3和T4、T5和T6两两串联组成的电压源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，也即是电压源换流器的交流输出与变压器T原边相连；电流单元UI为一电流源换流器，它的直流侧一端连接于变压器T的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器T的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT T1和二极管D11、绝缘门极双极型晶体管IGBTT2和二极管D21两两串联组成的支路的另一侧共同连接而成；电流源换流器的直流侧与超导磁体L连接，而电压源换流器的直流侧电容器C与分别由开关S1和直流电源DC、开关S2与负载LOAD相串联组成的支路并联连接。其中直流侧DC为可控整流桥，绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2、T3、T4、T5和T6亦可以是门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、其它有源电力电子器件或者超导开关，变压器T可为常规变压器或者超导变压器，开关S1、S2可以是固态开关或者电气开关。
开关器件的动作逻辑关系如下开关S1闭合，开关S2打开时，对磁体L进行充电。IGBT T3与T6闭合，T4与T5打开，此时闭合T2，给磁体L充电。若T3与T6、T4与T5同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBTT3与T6、T4与T5的动作的上半周；当IGBT T4与T5闭合，T3与T6打开，此时闭合T1，给磁体L充电；若T3与T6、T4与T5同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与T3与T6、T4与T5的动作的上半周相同，为IGBT T3与T6、T4与T5的动作的下半周。通过调节IGBT T3与T6和T4与T5的在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的充电电压。
开关S2闭合，开关S1打开时，对磁体L进行放电。设磁体的电流I方向如图2所示，IGBT T1、T2皆闭合，开关逻辑关系如下IGBT T3与T6闭合，T4与T5打开，此时打开IGBT T2，磁体L放电。若IGBT T3与T6、T4与T5同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBT T3与T6、T4与T5的动作的上半周；当IGBT T4与T5闭合，T3与T6打开，此时打开IGBT T1，磁体L放电。若IGBT T3与T6、T4与T5同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与IGBT T3与T6、T4与T5的动作的上半周相同，为IGBT T3与T6、T4与T5的动作的下半周。通过调节IGBT T3与T6和T4与T5的在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的放电电压。
图5为本发明的实施例2。本发明由电压单元UI、变压器UT，与电流单元UV三部分组成。变压器单元UT为原副边皆带抽头的变压器。电压单元UV直流侧电容器C的一端连接于变压器T的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器T的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT T3、绝缘门极双极型晶体管IGBT T4的另一侧共同连接而成；电流单元UI为一电流源换流器，它的直流侧一端连接于变压器T的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器T的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT T1和二极管D11、绝缘门极双极型晶体管IGBTT2和二极管D21两两串联组成的支路的另一侧共同连接而成；电流源换流器的直流侧与超导磁体L连接，而电压源换流器的直流侧电容器C与分别由开关S1和直流电源DC、开关S2与负载LOAD相串联组成的支路并联连接。其中直流侧DC为可控整流桥，绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2、T3、T4亦可以是门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、其它有源电力电子器件或者超导开关，变压器T可为常规变压器或者超导变压器，开关S1、S2可以是固态开关或者电气开关。
开关器件的动作逻辑关系如下开关S1闭合，开关S2打开时，对磁体L进行充电。IGBT T4闭合，T3打开，此时闭合T2，给磁体L充电。若T3、T4同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBT T3、T4的动作的上半周；当IGBT T3闭合，T4打开，此时闭合T1，给磁体L充电；若T3、T4同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与T3、T4的动作的上半周相同，为IGBT T3、T4的动作的下半周。通过调节IGBT T3和T4的在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的充电电压。
开关S2闭合，开关S1打开时，对磁体L进行放电。设磁体的电流I方向如图2所示，IGBT T1、T2皆闭合，开关逻辑关系如下IGBT T4闭合，T3打开，此时打开IGBT T2，磁体L放电。若IGBT T3、T4同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBT T3、T4的动作的上半周；当IGBT T3闭合，T4打开，此时打开IGBT T1，磁体L放电。若IGBT T3、T4同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与IGBT T3、T4的动作的上半周相同，为IGBT T3、T4的动作的下半周。通过调节IGBT T3和T4在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的放电电压。
图6为本发明的实施例3。本发明由电压单元UI、变压器UT，与电流单元UV三部分组成。变压器单元UT为与电压单元相连的原边带抽头的变压器。电压单元UV直流侧电容器C的一端连接于变压器T原边的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器T原边的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBTT5、绝缘门极双极型晶体管IGBT T6的另一侧共同连接而成；电流单元UI为一电流源换流器，它的直流侧为超导磁体L与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT T1及与其串联的二极管D11和IGBT T2及与其串联的二极管D21、IGBTT3及与其串联的二极管D31和IGBT T4及与其串联的二极管D41两两串联组成的电流源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，也即是电流源换流器的交流输出与变压器T副边相连；电流源换流器的直流侧与超导磁体L连接，而电压源换流器的直流侧电容器C与分别由开关S1和直流电源DC、开关S2与负载LOAD相串联组成的支路并联连接。其中直流侧DC为可控整流桥，绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2、T3、T4、T5与T6亦可以是门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、其它有源电力电子器件或者超导开关，变压器T可为常规变压器或者超导变压器，开关S1、S2可以是固态开关或者电气开关。
开关器件的动作逻辑关系如下开关S1闭合，开关S2打开时，对磁体L进行充电。IGBT T6闭合，T5打开，此时闭合T2、T3，给磁体L充电。若T5、T6同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBT T5、T6的动作的上半周；当IGBT T5闭合，T6打开，此时闭合T1、T4，给磁体L充电；若T5、T6同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与T5、T6的动作的上半周相同，为IGBT T5、T6的动作的下半周。通过调节IGBT T5和T6的在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的充电电压。
开关S2闭合，开关S1打开时，对磁体L进行放电。设磁体的电流I方向如图2所示，IGBT T1、T2、T3、T4皆闭合，开关逻辑关系如下IGBT T6闭合，T5打开，此时打开IGBT T2、T3，磁体L放电。若IGBT T5、T6同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBT T5、T6的动作的上半周；当IGBTT5闭合，T6打开，此时打开IGBT T1、T4，磁体L放电。若IGBT T5、T6同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与IGBT T5、T6的动作的上半周相同，为IGBT T5、T6的动作的下半周。通过调节IGBT T5和T6在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的放电电压。
图7为本发明的实施例4。本发明由电压单元UI、变压器UT，与电流单元UV三部分组成。变压器单元UT为原副边皆不带抽头的普通变压器。电压单元UV为一直流侧为电容器C与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT T5和T6、T7和T8两两串联组成的电压源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，也即是电压源换流器的交流输出与变压器T原边相连；电流单元UI为一电流源换流器，它的直流侧为超导磁体L与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT T1及与其串联的二极管D11和IGBT T2及与其串联的二极管D21、IGBT T3及与其串联的二极管D31和IGBT T4及与其串联的二极管D41两两串联组成的的电流源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，也即是电流源换流器的交流输出与变压器T副边相连；电流源换流器的直流侧与超导磁体L连接，而电压源换流器的直流侧电容器C与分别由开关S1和直流电源DC、开关S2与负载LOAD相串联组成的支路并联连接。其中直流侧DC为可控整流桥，绝缘门极双极型晶体管IGBT T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7与T8亦可以是门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、其它有源电力电子器件或者超导开关，变压器T可为常规变压器或者超导变压器，开关S1、S2可以是固态开关或者电气开关。
开关器件的动作逻辑关系如下开关S1闭合，开关S2打开时，对磁体L进行充电。IGBT T5、T8闭合，T6、T7打开，此时闭合T2、T3，给磁体L充电。若T5、T6、T7、T8同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBT T5、T6、T7、T8的动作的上半周；当IGBT T5、T8打开，T6、T7闭合，此时闭合T1、T4，给磁体L充电；若T5、T6、T7、T8同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与T5、T6、T7、T8的动作的上半周相同，为IGBT T5、T6、T7、T8的动作的下半周。通过调节IGBT T5和T8、T6和T7在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的充电电压。
开关S2闭合，开关S1打开时，对磁体L进行放电。设磁体的电流I方向如图2所示，IGBT T1、T2、T3、T4皆闭合，开关逻辑关系如下IGBT T5、T8闭合，T6、T7打开，此时打开IGBT T2、T3，磁体L放电。若IGBT T5、T6、T7、T8同时打开，磁体L的电流I保持不变，以上为IGBT T5、T6、T7、T8的动作的上半周；当IGBT T5、T8打开，T6、T7闭合，此时打开IGBT T1、T4，磁体L放电。若IGBT T5、T6、T7、T8同时打开，磁体L的电流I保持不变，这与IGBT T5、T6、T7、T8的动作的上半周相同，为IGBT T5、T6、T7、T8的动作的下半周。通过调节IGBT T5和T8、T6和T7在半周内的占空比，可调节磁体两端的平均电压，即灵活调节磁体的放电电压。
在一样机中，样机额定容量600W；直流侧200V，3A；高频变压器变比为10/1，30kHz；变压器副边15V，40A；超导磁体200mH。电流单元侧磁体两端的充放电电压都可在0～15V范围内可调节，直流侧电容器仅为25μF，硬开关下装置效率可达98％，并且重量仅为0.9kg。
本发明既可以给磁体充电，又可以将磁体中贮存的电能释放出去，并且充放电电压灵活可调。本发明开关频率高，所需电容器的容量小，变压器体积小。本发明结构简单紧凑，功率密度高，体积小。它不仅可以用于大型磁体的充电电源，其放电功能可以作为保护磁体的能量泄放部分或者将能量回馈到其它系统；还可以用于超导贮能的换流器。本发明不仅提高了磁体充放电系统的性能，而且能大大减少费用降低成本。
权利要求
1.一种用于超导磁体充放电的电流调节器，其特征在于它由电压单元[UV]、变压器单元[UT]与电流单元[UI]三部分组成，电压单元[UV]为一直流侧为电容器[C]的电压源换流器，电流单元[UI]为一直流侧接超导磁体[L]的电流源换流器，电压源换流器的交流输出侧与变压器[UT]原边相连，电流源换流器的交流输出侧与变压器副边相连。
2.按照权利要求1所述的用于超导磁体充放电的电流调节器，其特征在于变压器单元[UT]为与电流单元相连的副边带抽头的变压器；电压单元[UV]为一直流侧为电容器[C]与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT[T3]和[T4]、[T5]和[T6]两两串联组成的电压源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，也即是电压源换流器的交流输出与变压器[T]原边相连；电流单元[UI]为一电流源换流器，它的直流侧一端连接于变压器[T]的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器[T]的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT[T1]和二极管[D11]、绝缘门极双极型晶体管IGBT[T2]和二极管[D21]两两串联组成的支路的另一侧共同连接而成；电流源换流器的直流侧与超导磁体[L]连接，而电压源换流器的直流侧电容器[C]与分别由开关[S1]和直流电源[DC]、开关[S2]与负载[LOAD]相串联组成的支路并联连接。
3.按照权利要求1所述的用于超导磁体充放电的电流调节器，其特征在于变压器单元[UT]为原副边皆带抽头的变压器；电压单元[UV]直流侧电容器[C]的一端连接于变压器T的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器[T]的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT[T3]、绝缘门极双极型晶体管IGBT[T4]的另一侧共同连接而成；电流单元[UI]为一电流源换流器，它的直流侧一端连接于变压器[T]的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器[T]的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT[T1]和二极管[D11]、绝缘门极双极型晶体管IGBT[T2]和二极管[D21]两两串联组成的支路的另一侧共同连接而成；电流源换流器的直流侧与超导磁体[L]连接，而电压源换流器的直流侧电容器[C]与分别由开关[S1]和直流电源[DC]、开关[S2]与负载[LOAD]相串联组成的支路并联连接。
4.按照权利要求1所述的用于超导磁体充放电的电流调节器，其特征在于变压器单元[UT]为与电压单元相连的原边带抽头的变压器；电压单元[UV]直流侧电容器[C]的一端连接于变压器[T]原边的中间抽头，另一端由一侧分别与变压器[T]原边的上下两个端子连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT[T5]、绝缘门极双极型晶体管IGBT[T6]的另一侧共同连接而成；电流单元UI为一电流源换流器，它的直流侧为超导磁体[L]与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT[T1]及与其串联的二极管[D11]和IGBT[T2]及与其串联的二极管[D21]、IGBT[T3]及与其串联的二极管[D31]和IGBT[T4]及与其串联的二极管[D41]两两串联组成的电流源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，也即是电流源换流器的交流输出与变压器[T]副边相连；电流源换流器的直流侧与超导磁体[L]连接，而电压源换流器的直流侧电容器[C]与分别由开关[S1]和直流电源[D[C]]、开关[S2]与负载[LOAD]相串联组成的支路并联连接。
5.按照权利要求1所述的用于超导磁体充放电的电流调节器，其特征在于电压单元[UV]为一直流侧为电容器[C]与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT[T5]和[T6]、[T7]和[T8]两两串联组成的的电压源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，即电压源换流器的交流输出与变压器[T]原边相连；电流单元[UI]为一电流源换流器，它的直流侧为超导磁体[L]与分别由绝缘门极双极型晶体管IGBT[T1]及与其串联的二极管[D11]和IGBT[T2]及与其串联的二极管[D21]、IGBT[T3]及与其串联的二极管[D31]和IGBT[T4]及与其串联的二极管[D41]两两串联组成的电流源换流器的两个桥臂并联组成，两个桥臂的中点，即电流源换流器的交流输出与变压器[T]副边相连；电流源换流器的直流侧与超导磁体[L]连接，而电压源换流器的直流侧电容器[C]与分别由开关[S1]和直流电源[DC]、开关[S2]与负载[LOAD]相串联组成的支路并联连接。
6.按照权利要求1所述的用于超导磁体充放电的电流调节器，其电压源变换器的直流侧[DC]为可控整流桥，绝缘门极双极型晶体管IGBT[T1]、[T2]、[T3]、[T4]、[T5]、[T6]、[T7]与[T8]亦可以是门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、其它有源电力电子器件或者超导开关，变压器[T]可为常规变压器或者超导变压器，开关[S1]、[S2]可以是固态开关或者电气开关。
全文摘要
一种用于超导磁体充放电的电流调节器，属于电工技术领域。它由电压单元、变压器单元与电流单元三部分组成，电压单元为一直流侧为电容器的电压源换流器，电流单元为一直流侧接超导磁体的电流源换流器，电压源换流器的交流输出侧与变压器原边相连，电流源换流器的交流输出侧与变压器副边相连，其中变压器单元可以是普通变压器，也可以是一侧或者两侧皆为带抽头的变压器。本发明不仅可以给磁体充电，还可以将磁体中贮存的电能释放出去，并且充放电电压灵活可调。它结构简单紧凑，功率密度高，体积小，不仅提高了磁体充放电系统的性能，而且能大大减少成本。
文档编号H02M3/28GK1567689SQ03137460
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月24日 优先权日2003年6月24日
发明者赵彩宏, 王晓刚, 肖立业, 林良真 申请人:中国科学院电工研究所