[实用新型]一种用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪

说明书

技术领域

本实用新型属于超导电力技术领域，更具体地，涉及一种用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪。

背景技术

当超导体处于随时间变化的磁场中或传输随时间变化的电流时，超导体会产生损耗，这种损耗称为超导体的交流损耗。交流损耗会加重制冷系统的负担，若热损耗不能及时被冷却系统带走，将导致超导体失超甚至烧毁。因此，交流损耗是磁体运行状态的一个关键参数，对超导磁体交流损耗的实验研究是超导电力应用的基础。

现有的交流损耗测量方法包括电测法、磁测法和热测法；其中，电测法具有灵敏度高、测量范围广、设备相对简单的优势，被广泛应用。传输交流电流时，超导磁体的电压可分解为与电流相位相差90°的感性电压和与电流同相的阻性电压；超导磁体电感较大，其感性电压远远大于阻性电压，为了精确测量对交流损耗有贡献的阻性电压，必须采取措施补偿磁体的感性电压。现有的电测法采用补偿线圈来补偿感性电压，但使用补偿线圈存在着以下问题：(1)由于补偿线圈的一次侧线圈和超导磁体直接串联，一方面为了保证通流能力，一次侧线圈成本较大，另一方面串联一次侧线圈将大大增加主电路电源的负担；(2)补偿线圈机械式的补偿方式，其调节灵敏，补偿的速度和精度都受到限制。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪；针对现有技术所采用的补偿线圈调节不灵敏、对主电路影响大的问题，提供一种电子补偿仪，其目的在于实现对超导磁体感性电压的精确、实时补偿。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪，包括分流器、过零比较电路、去直流电路、低通滤波电路、移相放大电路、微处理器、频率峰值检测电路、分压电路和求差电路；

其中，过零比较电路的输入端用于接入分流器输出的电压信号，去直流电路的输入端、低通滤波电路的输入端均与过零比较电路的第一输出端相连，移相放大电路的第一输入端与去直流电路的输出端以及低通滤波电路的输出端相连、第二输入端与微处理器的第二输出端相连；微处理器的输入端与频率峰值检测电路的输出端相连，频率峰值检测电路的第一输入端与移相放大电路的输出端相连，第二输入端与分压电路的输出端相连，求差电路的第一输入端与移相放大电路的输出端相连，第二输入端与分压电路的输出端相连；分压电路的第一输入端用于接入超导磁体电压，第二输入端与微处理器的第一输出端相连；

工作时，分流器与待补偿超导磁体串联，通过分流器电压获取超导磁体电流的相位信息；过零比较电路用于对分流器输出的电压信号进行转换，输出与分流器电压同相的方波信号；去直流电路用于将过零比较电路输出的方波信号转换为与该方波信号同相的正弦信号，低通滤波电路用于对该正弦信号进行滤波；移相放大电路用于调整正弦信号的幅值、相位，产生所需要的补偿电压；微处理器用于控制移相放大电路和分压电路；频率峰值检测电路用于测量电路状态；分压电路用于按比例缩小超导磁体电压；求差电路用于将分压后的超导磁体电压与补偿电压求差，获得补偿后电压。

本实用新型提供的上述电子补偿仪，其分流器的电压与超导磁体的电流相位相同，分流器输出的电压为正弦信号，经过零比较得到方波形式的TTL同步信号；对TTL同步信号进行去直流、滤波处理得到正弦电压，这个正弦电压与超导磁体电流同频同相位；通过将这个正弦电压移相、放大，使其与超导磁体的感性电压一样，这个移相、放大所获得的电压，即为补偿电压。

优选的，上述的电子补偿仪，还包括锁相放大器；锁相放大器的第一输入端与过零比较电路的输出端相连，第二输入端与求差电路的输出端相连；锁相放大器用于测量补偿后电压与超导磁体电流同相位的电压成分的大小，从而确定阻性电压。

优选的，上述的电子补偿仪，其分流器采用无感电阻实现。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪，基于信号调理技术和自动控制技术，利用电子电路快速精确地生成补偿电压；通过外置的无感电阻直接串联连接超导磁体，通过该无感电阻的电压获得超导磁体电流的相位信息，进而基于此电压进行过零比较、去直流、低通滤波、移相、放大获得补偿电压；由于该电子补偿仪并非直接利用耦合了噪声的无感电阻电压通过移相、放大来获得补偿电压，而是利用无感电阻电压生成纯净的同步信号进而生成补偿电压，提高了补偿电压的质量，从而实现了对超导磁体感性电压精确补偿；