CN206671427U - 一种用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开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、可控移相电路和放大电路；利用与超导磁体串联的分流器获得超导磁体电压的频率和相位信息，由过零比较电路生成纯净的同步信号，经过去直流电路和低通滤波电路获得与同步信号同相的正弦信号，进而通过可控移相电路和放大电路获得补偿电压；针对超导磁体感性电压远大于所需测量的阻性电压的问题，本实用新型基于信号调理和自动控制，利用电子电路快速精确地生成补偿电压，可用于超导磁体的交流损耗测量，易于自动化、工程化，可兼顾成本、体积、系统复杂度、测量速度等性能指标。

Description

一种用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪

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；

(2)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，其移相电路和放大电路的可调电阻选用程控电阻，实现了补偿电压生成电路的数字化自动控制；

(3)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，由于基于微处理器实现闭环控制，补偿电压生成灵活快速，实现了对超导磁体感性电压的实时补偿。

附图说明

图1是实施例提供的用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪的原理图；

图2是实施例提供的用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪在进行损耗测量时的各电压向量图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是实施例提供的用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪的原理图；实施例提供的这种电子补偿仪，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。

其中，过零比较电路用于对接收到的分流器电压信号进行转换，输出与分流器电压同相的方波信号；去直流电路和滤波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；移相放大电路用于调整正弦信号的幅值、相位，从而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，从而获得补偿后电压。

本实施例中，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的电压成分的大小，从而确定阻性电压。

实施例提供的这种电子补偿仪，分流器采用无感电阻实现，分流器的电压与超导磁体的电流相位相同，为以正弦电压信号；利用与超导磁体串联的分流器获得超导磁体电流的频率和相位信息，经过零比较电路生成方波形式的TTL同步信号，TTL同步信号通过去直流电路和滤波电路的处理，获得与超导磁体电流同频同相的正弦信号，进而通过移相放大电路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，即为所需要的补偿电压；这种通过电子电路来生成补偿电压的方式，可快速精确地生成补偿电压对，解决超导磁体感性电压远大于所需测量的阻性电压带来的难以精确测量的问题。

本实施例中，通过分压电路将超导磁体电压按预设的比例缩小，以减小对补偿电压幅值范围的需求，补偿后的总电压也更容易满足锁相放大器的量程。锁相放大器工作于外参考模式，采用与超导磁体电流相位一致的TTL同步信号作为参考信号，测量补偿后电压与参考信号同相的电压成份的大小，得到磁体损耗电压值。

图2所示，是实施例提供的用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪在进行损耗测量时的各电压向量图；其中，UHTS为超导磁体端电压，电阻分压比为n:1，对超导磁体端电压进行分压后得到UHTS/n；UI为分流器输出电压，与超导磁体电流同相位。

以0为圆心确定的圆为锁相放大器的量程；Ucom为实施例提供的电子补偿仪所生成的补偿电压，与UHTS/n相加后得到电压U2；U2在UI方向上的投影ULOSS即为损耗电压，与超导磁体电流I相乘后获得交流损耗大小。通过调节分压电路的分压比和补偿电压大小，使分压、补偿后得到的电压U2够满足锁相放大器测量量程。

本实施例中，分压电路的分压比可设置为：不分压、1：1分压、1：2分压、1：4分压、1：6分压、1：8分压或1：10分压；分压电路所采用的电阻为高精密无感电阻，以保证分压后的电压相位不产生变化。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于超导磁体交流损耗测量的电子补偿仪，其特征在于，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；

所述过零比较电路的输入端用于接入分流器输出的电压信号，所述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，所述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；所述微处理器的输入端与频率峰值检测电路的输出端相连，所述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，所述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；所述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。

2.如权利要求1所述的电子补偿仪，其特征在于，工作时，所述分流器与待补偿超导磁体串联，通过所述分流器电压获取超导磁体电流的相位信息；所述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；求差电路用于将缩写后的超导磁体电压与补偿电压求差，获得补偿后电压。

3.如权利要求1或2所述的电子补偿仪，其特征在于，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的电压的大小。

4.如权利要求1或2所述的电子补偿仪，其特征在于，所述分流器采用无感电阻实现。