CN1880962A - 用于高温超导磁体测试的补偿线圈装置 - Google Patents

Abstract

一种高温超导磁体测试用的补偿线圈装置，由外线圈[1]、内线圈[2]及附属器件构成。外线圈[1]为主线圈，匝数少电感L₁小，通流能力比所测的高温超导磁体[14]的临界电流大些；内线圈[2]为副线圈，匝数多电感L₂大；副线圈[2]通过下固定杆[7]和上固定杆[8]定位在主线圈[1]的中心孔内，并通过限位轴承[9和10]将上固定杆[8]、下固定杆[7]限位在主线圈[1]、副线圈[2]中平面的交线上；上固定杆[8]、下固定杆[7]与副线圈[2]为一体，转动上固定杆[8]上的调节把手可带动副线圈[2]在±180°的范围内连续转动。副线圈[2]中间可以引出多个抽头。本发明适用于高温超导磁体和带材的临界电流、交流损耗等性能的测试，亦适用于低温超导磁体和线材的临界电流、交流损耗等性能的测试。

Description

用于高温超导磁体测试的补偿线圈装置

技术领域

本发明涉及一种用于高温超导磁体测试的补偿线圈装置。

背景技术

高温超导磁体具有高稳定性、大电流密度和低运行成本等优点，在超导电力等应用方面具有广阔的前景。准确、方便的测试高温超导磁体的各项性能，是高温超导磁体研发的关键技术之一。

高温超导磁体的电感L较大，在磁体快速励磁或在交流情况下运行时，磁体两端有很高的感应电压噪声：U_L＝Ldi/dt                    (1)

高温超导磁体处于超导态时，由交流损耗等引起的等效电阻非常小，根据励磁速率快慢或交流电频率的不同，对应的等效阻性电压U_R比U_L小2-6个量级。因磁体临界电流、交流损耗等测试都是基于磁体等效阻性电压U_R与磁体电流i的测试，一方面U_L的存在使U_R的测试变得复杂和不便；另一方面，用于交流损耗测试的锁相放大器量程为1伏左右，U_L的存在使磁体两端的电压远超过锁相放大器的量程，容易损坏仪器。又因为高温超导磁体的运行都是在低温环境下进行的，需要安置在密闭的低温容器中，甚至浸泡在液氮等低温液体中，使测试更加困难和不便。

发明内容

为克服以上现有技术存在的测试不便的缺陷，本发明提供一种高温超导磁体测试用的补偿线圈装置。在临界电流、交流损耗等磁体性能测试时，本发明连接在低温容器外的电路中，可以有效地把U_L降到测试所允许的范围内，使测试更为准确和方便。

本发明采用的技术方案如下：

本发明主要由内外两个空心线圈及附属器件构成。外线圈为主线圈，绕制导线较粗，匝数少电感L₁小，通流能力比所测磁体的临界电流大。内线圈为副线圈，绕制导线为0.05～1mm的铜漆包线，匝数多电感L₂大。主线圈中心孔较大，副线圈通过上、下固定杆定位在主线圈中心孔内，并将上、下固定杆固定在主、副线圈的中平面的交线上。上、下固定杆与内线圈固定为一体，通过旋转上固定杆上的调节把手可以带动副线圈在±180°的范围内连续转动。测试时通过主线圈两端的接线柱将主线圈与高温超导磁体、电源、电流传感器等串接，构成主回路；通过两个接线柱，副线圈与电压测试仪表串接然后并接在高温超导磁体两端，构成测试回路。

主、副两个线圈间的互感系数为： $M=k\sqrt{L_1{L}_2}$ (k为耦合因数)(2)

主、副线圈绕制完毕后L₁、L₂便固定不变。通过转动副线圈，使主、副线圈中心轴间的夹角在±180°的范围内连续转动，耦合因数k就可以在0～K(K为小于1的常数)之间变化，因而M就在 间连续变化。若主回路电流为i，则高温超导磁体两端的感应电压U_L＝Ldi/dt，补偿线圈副线圈两端的感应电压为U_L2＝Mdi/dt。测试回路所测到的电压为：

U＝U_R+U_L-U_L2＝U_R+(L-M)di/dt                                 (3)

由上式可以看出，通过转动副线圈(调整主、副线圈主轴间的夹角)改变M的大小，使M与L相等或相近，便可使U_L降为0或测试所允许的范围内，从而有效解决了感应电压U_L对测试的影响。为了便于调节和准确定位，本发明装置设有与副线圈上固定杆同心的刻度盘，上固定杆上固定有定位指针。

为了提高并调节互感系数M的灵敏度，副线圈中间可以引出多个抽头，使M有多个不同变化范围，根据需要选择不同的“量程”。例如测试超导带短样的交流损耗，线路的连接方式与高温超导磁体性能测试时相同，用高温超导带短样替换高温超导磁体即可。因为高温超导带短样的电感几乎为0，所以补偿线圈只用来消除测试回路的感应电压，副线圈要选择小“量程”以使其最大互感系数M与高温超导带短样的测试回路的电感L相匹配。

如果高温超导磁体的电感L比补偿线圈的互感M大或者磁体两端的电压经补偿线圈最大限度降低感应电压U_L后仍旧超出测试仪器的量程，可以在高温超导磁体两端并联两个分压电阻R₁、R₂，根据需要确定R₁、R₂的比例，然后把副线圈与电压测试仪器并接在R₂两端。

在测试临界电流、交流损耗等磁体性能时，把本发明连接在低温容器外的电路中，转动副线圈，调整主、副线圈主轴间的夹角，就可以使高温超导磁体两端的感应电压U_L降到0或测试所允许的范围内，从而有效解决了感应电压U_L对测试的影响，使测试更为准确和方便。

本发明不仅适用于高温超导磁体和带材的临界电流、交流损耗等性能测试，也同样适用于低温超导磁体和线材的临界电流、交流损耗等性能测试。

附图说明

图1本发明结构示意图；

图2本发明的应用实例之一的示意图；

图3本发明的应用实例之二的示意图。

图中：1外线圈(主线圈)，2内线圈(副线圈)，3、4外线圈接线柱，5、6内线圈接线柱，7下固定杆，8上固定杆，9、10轴承，11刻度盘，12指针，13支架，14超导磁体，15补偿线圈装置，16电流传感器，17R₁，18R₂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明主要由外线圈1、内线圈2及附属器件：外线圈接线柱3、4，内线圈接线柱5、6，下固定杆7，上固定杆8，轴承9、10，刻度盘11，指针12，支架13构成。外线圈1为主线圈，用较粗导线绕制，匝数少电感L₁小，通流能力比所测磁体14的临界电流大。内线圈2为副线圈，绕制导线为0.05～1mm的铜漆包线，匝数多电感L₂大。主线圈1中心孔较大，副线圈2通过下固定杆7和上固定杆8定位在主线圈1的中心孔内，并通过限位轴承9、10将上固定杆8、下固定杆7限位在主线圈1、副线圈2中平面的交线上，上固定杆8、下固定杆7与副线圈2为一体，通过转动上固定杆8上的调节把手可以带动副线圈2在±180°的范围内连续转动。为便于调节和准确定位，在外线圈1上安装一个与上固定杆8同心的刻度盘11，并在上固定杆8上固定一个定位指针12，这样可以方便、准确的读出主线圈1、副线圈2中心轴线间的夹角。

因为主线圈1、副线圈2的电感L₁、L₂固定不变，只要转动上固定杆8上的把手带动副线圈2转动，使主线圈1、副线圈2中心轴线间的夹角在±180°的范围内连续转动，根据式(2)耦合因数k就可以在0～K之间变化，即可得到 间任意一个互感系数M。

本发明的应用实例之一如图2所示，通过主线圈1两端的接线柱3、4将本发明补偿线圈装置15的主线圈1与高温超导磁体14、电源、电流传感器16等串接，构成主回路；电压测试仪表在A、B间，然后通过接线柱5、6与副线圈2串接后并接在高温超导磁体14两端，构成测试回路。这样，根据式(3)通过转动上固定杆8上的把手调整主线圈1与副线圈2中心轴线间的夹角，改变互感系数M的大小，使它与高温超导磁体14的电感L相等或相近，就可以使高温超导磁体14两端的感应电压噪声U_L降为0或测试所允许的范围内。

副线圈2中间可以引出多个抽头，使M有多个不同的变化范围，根据问题的需要选择不同的“量程”。这样，用高温超导带短样代替图2中的高温超导磁体14，用本发明最小的“量程”就可以测试具有微小电感的高温超导带短样的交流损耗了。

图3为本发明的应用实例之二的示意图。如果高温超导磁体14的电感L比补偿线圈的互感系数M大或者磁体14两端的电压经补偿线圈最大限度降低感应电压U_L后仍超出测试仪器的量程，如图3所示，可以在高温超导磁体14两端并联两个分压电阻R₁17、R₂18，并根据需要确定R₁17、R₂18的比例，然后把副线圈2与电压测试仪器并接在R₂18两端。

采用本发明补偿线圈装置15测试高温超导磁体14的临界电流、交流损耗等性能，可以有效地把高温超导磁体14两端的感应电压U_L降到0或测试所允许的范围内。

本发明已在10.5kV/1.5kA高温超导限流器用的高温超导实验磁体交流损耗的测试中进行过试验，结果表明，本发明可以将感应电压U_L降低90％以上。本发明不仅适用于高温超导磁体和带材的临界电流、交流损耗等性能测试，也同样适用于低温超导磁体和线材的临界电流、交流损耗等性能测试。

Claims (3)

1、一种用于高温超导磁体测试的补偿线圈装置，其特征在于主要由外线圈[1]、内线圈[2]、及附属器件：外线圈接线柱[3和4]，内线圈接线柱[5和6]，下固定杆[7]，上固定杆[8]，轴承[9和10]，刻度盘[11]，指针[12]，支架[13]构成；外线圈[1]为主线圈，用较粗导线绕制，匝数少电感L₁小，通流能力比所测的高温超导磁体[14]的临界电流大；内线圈[2]为副线圈，绕制导线为0.05～1mm的铜漆包线，匝数多电感L₂大；副线圈[2]通过下固定杆[7]和上固定杆[8]定位在主线圈[1]的中心孔内，并通过限位轴承[9]、[10]将上固定杆[8]、下固定杆[7]限位在主线圈[1]、副线圈[2]中平面的交线上；上固定杆[8]、下固定杆[7]与副线圈[2]为一体，转动上固定杆[8]上的调节把手可带动副线圈[2]在±180°的范围内连续转动；外线圈[1]上安装有一个与上固定杆[8]同心的刻度盘[11]，并在上固定杆[8]上固定一个定位指针[12]。

2、按照权利要求1所述的用于高温超导磁体测试的补偿线圈装置，其特征在于所述的副线圈[2]中间可以引出多个抽头。

3、按照权利要求1所述的用于高温超导磁体测试的补偿线圈装置，其特征在于，通过主线圈[1]两端的接线柱[3和4]将本发明补偿线圈装置[15]的主线圈[1]与高温超导磁体[14]、电源、电流传感器[16]等串接，构成主回路；电压测试仪表接在A、B间，通过接线柱[5和6]与副线圈[2]串接后并接在高温超导磁体[14]两端，构成测试回路；当高温超导磁体[14]的电感L比补偿线圈的互感系数M大或者磁体[14]两端的电压经补偿线圈最大限度降低感应电压U_L后仍超出测试仪器的量程时，可在高温超导磁体[14]两端并联两个分压电阻[R₁17和R₂18]，并根据需要确定[R₁17和R₂18]的比例；副线圈[2]与电压测试仪器并接在[R₂18]两端；转动上固定杆[8]上的把手调整主线圈[1]与副线圈[2]中心轴线间的夹角，改变互感系数M的大小，使它与高温超导磁体[14]的电感L相等或相近，即可使高温超导磁体[14]两端的感应电压噪声U_L降为0或测试所允许的范围。