超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

方 進(jìn) 丘 明 范 瑜 魏 斌 逯文佳 王藝新 楊艷芳

（1. 北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 北京 100044 2. 中國(guó)電力科學(xué)研究院 北京 100192）

1 引言

同時(shí)隨著電力消費(fèi)的增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)電力品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。而超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)功率需求的快速響應(yīng)特性為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供新的技術(shù)途徑，同時(shí)對(duì)改善電能質(zhì)量、提高可靠性也有很好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。由于超導(dǎo)磁體只有在滿足特定條件下才能體現(xiàn)超導(dǎo)特性，一旦條件被破壞，超導(dǎo)磁體將發(fā)生失超。超導(dǎo)磁體失超的基本過(guò)程是儲(chǔ)存的電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程，轉(zhuǎn)變的熱能主要被外接移能電阻和線圈內(nèi)的正常區(qū)吸收。超導(dǎo)磁體失超后，若不及時(shí)采取措施，產(chǎn)生的局部過(guò)熱可能會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)磁體被燒毀或引起絕緣擊穿，影響超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定運(yùn)行，因此必須快速而準(zhǔn)確的檢測(cè)到超導(dǎo)磁體的失超。國(guó)內(nèi)外用到的失超檢測(cè)方法有溫升檢測(cè)[1,2]、壓力檢測(cè)[3]、超聲波檢測(cè)[4]、磁場(chǎng)檢測(cè)[5]和電壓檢測(cè)[6]，其中應(yīng)用最為廣泛的是電壓檢測(cè)[7,8]，其余各種檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中并不多見。橋式電路檢測(cè)是匝間電壓檢測(cè)的改進(jìn)，它較之匝間電壓檢測(cè)要方便且易實(shí)現(xiàn)，不需要安裝電壓傳感器。但是橋式電路同樣存在噪聲干擾的問(wèn)題，而且，對(duì)于交流電路，外接電阻會(huì)消耗一部分能量。本文采用的有源功率檢測(cè)法[9-11]可以很好的解決噪聲干擾的問(wèn)題。檢測(cè)時(shí)功率信號(hào)里常伴有噪聲，可附加低通濾波器（LPF）排除噪聲干擾。

超導(dǎo)儲(chǔ)能混合磁體由具有不同的電感值的超導(dǎo)線圈組成，我們研究的磁體連接方式為串聯(lián)方式連接, 本課題的研究對(duì)象為由高溫超導(dǎo)帶材在縱軸方向上串聯(lián)而成的混合超導(dǎo)磁體，根據(jù)混合磁體的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套用于混合磁體的失超檢測(cè)方法，在電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行了校正，設(shè)計(jì)與制作了失超檢測(cè)的硬件電路，并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 失超檢測(cè)系統(tǒng)

研究表明，超導(dǎo)磁體由超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，即所謂失超。繞組出現(xiàn)常態(tài)區(qū)的原因主要是超導(dǎo)磁體運(yùn)行參數(shù)超過(guò)臨界值。只要超導(dǎo)磁體在運(yùn)行過(guò)程中有一個(gè)基本參量超過(guò)臨界值（臨界磁場(chǎng)、臨界電流和臨界溫度），超導(dǎo)材料的超導(dǎo)性質(zhì)就會(huì)消失，繞組就會(huì)出現(xiàn)常態(tài)區(qū)。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有有源功率檢測(cè)法的電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行校正的原理框圖，設(shè)計(jì)一套用于混合磁體的失超信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，將兩個(gè)超導(dǎo)線圈作為一組進(jìn)行比較，來(lái)判斷失超的產(chǎn)生。

如圖1所示為超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的失超檢測(cè)系統(tǒng)框圖，對(duì)失超檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行功能研究和分析。

圖1 失超信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)框圖Fig.1 Schematic drawing of quench detection system

2.1 電壓隔離校正環(huán)節(jié)

由于超導(dǎo)儲(chǔ)能混合磁體中相比較的線圈1的電感 L1和線圈 2的電感 L2不同，當(dāng)通入相同電流時(shí)兩個(gè)線圈的電壓是不同的。當(dāng)其中一個(gè)線圈失超時(shí)，相比較的兩個(gè)線圈的電壓是不同的。必須經(jīng)過(guò)電壓隔離校正電路消除由于兩個(gè)線圈的電感的不同所帶來(lái)電壓不同。這樣才能判斷當(dāng)兩個(gè)線圈的電壓不同是不是失超造成的。

超導(dǎo)線圈L1和L2上的電壓v1和v2經(jīng)過(guò)電壓隔離校正電路后，一方面隔離超導(dǎo)線圈端的干擾信號(hào)，另一方面調(diào)整光耦隔離放大電路的參數(shù)，使v2的值放大L1/L2倍，使得相比較的兩個(gè)線圈在差分運(yùn)算環(huán)節(jié)的輸入值中含有相同的感應(yīng)電壓分量，從而消除電感量帶來(lái)的差別；采取有源功率檢測(cè)法，并對(duì)電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行了校正[12]，其原理框圖如圖2所示。

圖2 校正的電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)框圖Fig.2 Schematic drawing of correction partial active power detecting method

L1、L2為兩個(gè)超導(dǎo)線圈的電感，r1和 r2為兩個(gè)超導(dǎo)線圈失超后產(chǎn)生的電阻。有源功率檢測(cè)法通過(guò)測(cè)量P = [(L1- L2)di/ (dt)+ (r1- r2)i]i = [(L1- L2)di/ (dt)]i +的值來(lái)檢測(cè)失超。在L1=L2情況下，未失超時(shí)，r1和r2均為零，檢測(cè)到P值也為零，故顯示超導(dǎo)線圈未失超。對(duì)于L1≠L2的情況，在未失超時(shí)，雖然 r1和 r2均為零，但是由于 L1≠L2，故P = (v1- v2)i = [(L1- L2)di/ (dt)]i ≠ 0， 即 始 終 存 在 一個(gè)不為零的P值，由此可能會(huì)造成誤判斷，因此，需要在電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行校正。

由 于 誤判 斷是 由 于感 應(yīng) 電 壓 差 (L1-L2)di/ (dt )引起的，則需消除感應(yīng)電壓差。線圈1的感應(yīng)電壓為 L1di/ (dt)，線圈2的感應(yīng)電壓為 L2di/ (dt)，當(dāng)超導(dǎo)線圈L2輸出電壓v2后，對(duì)v2進(jìn)行L1/L2倍放大，即(L1/L2)v2，再經(jīng)過(guò)電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)與v1進(jìn)行比較，得v1- （L1 L 2）v2= 0，消除了感應(yīng)電壓產(chǎn)生的影響，繼而根據(jù)有源功率檢測(cè)法來(lái)判斷失超的產(chǎn)生。采用此種方法，對(duì)于L1=L2情況，則放大系數(shù)(L1/L2)=1，同樣適用。

2.1.1 線圈電壓檢測(cè)電路

超導(dǎo)線圈上的電壓為差模信號(hào)，后續(xù)采用的線性光耦隔離電路的輸入信號(hào)是以電源地為參考電壓的單邊信號(hào)，故需將超導(dǎo)線圈上的差模信號(hào)調(diào)整為與檢測(cè)電路具有一致的參考電壓。選用低功耗、高精度的通用儀表放大器INA128。單個(gè)外部電阻R3可實(shí)現(xiàn)從1～10 000的任一增益選擇。R1和R2為限流電阻，R3為增益電阻，其輸出為(1+50kΩ/R3)(v1-v2)。調(diào)整比例，可實(shí)現(xiàn)線性輸出。圖3為INA128運(yùn)用電路。

2.1.2 電壓隔離放大電路

需利用隔離器件將磁體與檢測(cè)電路以及 DSP隔離開，保護(hù)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)。線性光耦 HCNR201可以較好地實(shí)現(xiàn)電路隔離，它具有很高的線性度和靈敏度，可在檢測(cè)系統(tǒng)中精確地傳送電壓信號(hào)。

對(duì)于圖4所示電路，其輸入 Uin= Ipd1R1，輸出端Uout= Ipd2R2，故有 Uout/Uin=K2R2/K1R1= R2/R1。

由此可見，其輸入與輸出呈一種線性關(guān)系，且其隔離放大器的增益可通過(guò)調(diào)整 R2與 R1的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)

[13]。將單邊信號(hào)接入電壓隔離放大電路，通過(guò)圖3.6所示的電壓隔離放大電路，達(dá)到線性輸出且隔離的目的。在升流階段，產(chǎn)生的電感電壓為正值，U1B不工作，則輸入電壓通過(guò) U1A線性或放大輸出；在降流階段，電感感應(yīng)電壓為負(fù)值，U1A不工作，則輸入電壓通過(guò) U1B線性或放大輸出。當(dāng) HCNR201的第3、4端的光敏二極管受光后，其輸出信號(hào)將反饋到放大器的輸入端，以提高光耦的線性并減少溫漂。第5、6端輸出的信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大后輸出。電容C1、C2為反饋電容，可用于提高電路的穩(wěn)定性，消除自激振蕩，濾除電路中的毛刺信號(hào)，降低電路的輸出噪聲。調(diào)整 R5和 R1的值，可以對(duì)輸出值進(jìn)行一定倍數(shù)的放大。

2.2 差分運(yùn)算電路

差分運(yùn)算為電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)線圈電壓差功能。通過(guò)上文所述電壓隔離校正電路，將線圈上的感應(yīng)電壓分量調(diào)整為一致，在電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)，取得由線圈失超電阻產(chǎn)生的電阻電壓差。同時(shí)，在電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)之后加入絕對(duì)值電路，由于線圈的失超程度不同，那么輸出的電壓有正有負(fù)，絕對(duì)值處理電路可以使得輸出信號(hào)均為正電壓信號(hào)，這樣方便后續(xù)電路處理。如圖5所示，差分運(yùn)算電路采用INA128儀表放大器。

圖3 線圈電壓檢測(cè)電路Fig.3 Voltage detection circuit

圖4 電壓隔離放大電路Fig.4 Voltage isolation and amplify circuit

2.3 絕對(duì)值運(yùn)算電路

如圖5所示，兩個(gè)運(yùn)算放大器組成絕對(duì)值電路。由于相比較的兩個(gè)線圈的失超情況不能確定，電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出可能為正值也有可能為負(fù)值，絕對(duì)值運(yùn)算對(duì)線圈電壓差取絕對(duì)值，使輸出信號(hào)均為正電壓信號(hào)，方便后續(xù)電路處理。

2.4 模擬乘法運(yùn)算電路

模擬乘法電路實(shí)現(xiàn)有源功率檢測(cè)法中線圈電壓差和電流的相乘運(yùn)算，輸出值與閾值相比較。模擬乘 法 器 實(shí) 現(xiàn) 有 源 功 率 P1= K[ V1- (L1/L2)V2]i 值 的 檢測(cè)。RC4200模擬乘法器的原理是輸出電流為兩個(gè)輸入電流的乘積，如圖6所示， I3= I1I2/I4，加入電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將P1值以電壓的形式輸出。

2.5 濾波電路

圖5 差分運(yùn)算電路Fig.5 Voltage difference measurement circuit

圖6 模擬乘法電路Fig.6 Analog multiplier circuit

圖7 濾波電路Fig.7 Filter circuit

附加低通濾波器，消除高頻干擾。濾波器采用兩級(jí)二階巴特沃斯低通濾波器相級(jí)聯(lián)，如圖7所示，巴特沃斯低通濾波器幅頻響應(yīng)在低頻時(shí)它的幅值非常接近理想情況，在截止頻率附近具有較陡的幅頻特性，并且對(duì)大于 10Hz的高頻信號(hào)具有很好的衰減作用，而對(duì)低頻信號(hào)影響不大，由于信號(hào)經(jīng)過(guò)前級(jí)放大已具有較大幅度，故選擇低通濾波器增益k=1。選擇濾波器的截止頻率為7.5Hz，取C1=1μF，C2=2μF，可以求出 R1=R2=15kΩ。另外為了防止信號(hào)自激，在電阻R3兩端并上56pF的云母電容。

2.6 比較電路

根據(jù)失超三階段理論，失超開始時(shí)產(chǎn)生的電阻極小，為毫歐數(shù)量級(jí)，因此失超電壓也極小，但隨正常區(qū)的擴(kuò)展，電阻值也要隨之增大。經(jīng)檢測(cè)電路得到 P1= K[ v1- (L1/L2)v2]i ，K的大小由電路中的具體參數(shù)所確定，檢測(cè)電路通過(guò)P1值與閾值的比較來(lái)判斷是否失超。

下面就相比較的兩個(gè)線圈的不同情況進(jìn)行分析。

（1）相比較的兩個(gè)線圈都未失超

v1=L1di/ (dt )、 v2=L2di/ (dt )， 則 v1-(L1/L2)v2=0，得到

（2）單個(gè)線圈失超

v1=L1di/ (dt)+ r1i ，v2=L2di/ (dt )，則v1-(L1/L2)v2= r1i，得到

（3）兩個(gè)線圈都失超

v1= L1di/ (dt)+r1i ，v2=L2di/ (dt)+ r2i ， 則v1-(L1/L2)v2= [r1- (L1/L2)r2]i ， 得 到

從上述三種情況可以看出，P1值已不包含感應(yīng)電壓差分量，則可通過(guò)有源功率檢測(cè)法測(cè)得 P1值與閾值Pm比較，來(lái)判斷是否失超。其中，比較電路中閾值的設(shè)定以超導(dǎo)磁體臨界電流與超導(dǎo)線圈失超時(shí)的電阻電壓差的乘積為參考。但是檢測(cè)電路中存在幾百毫伏的干擾信號(hào)，故在實(shí)際檢測(cè)電路中閾值的設(shè)定還應(yīng)考慮干擾信號(hào)的影響。因此可以看出，功率閾值Pm由超導(dǎo)磁體臨界電流Ic、超導(dǎo)線圈失超時(shí)的電阻電壓差UΔ及外部干擾信號(hào)電壓Ur這 3個(gè)因素決定。Pm由 Pm= Ic(Δ U + Ur)計(jì)算而得。

比較器LM393適用于微弱信號(hào)檢測(cè)的場(chǎng)合，能保證輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。如圖8所示為比較電路圖。

圖8 比較電路Fig.8 Comparison circuit

設(shè)Uref為參考電壓，則

式中 UOL——輸出的低電平；

UOH——輸出的高電平。

則UT1為閾值下限，UT2為閾值上限，根據(jù)滯環(huán)比較器的電壓傳輸特性，輸入U(xiǎn)in從小于UT1的值逐漸增大到 UT1＜Uin＜UT2時(shí)，輸出 UOH；如果 Uin是從大于 UT2的值逐漸減小到 UT1＜Uin＜UT2，那么Uout應(yīng)為UOL。ΔU=UT2-UT1，根據(jù)超導(dǎo)線圈的實(shí)際情況，閾值的范圍存在根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定一參考電壓，當(dāng)超導(dǎo)線圈未失超時(shí)，低通濾波器的輸出信號(hào)小于參考電壓，比較器的輸出為高電平，當(dāng)超導(dǎo)線圈失超時(shí)，低通濾波器的輸出大于參考電壓，比較器的輸出為低電平，這樣根據(jù)比較器的輸出就能夠判斷出超導(dǎo)線圈是否發(fā)生失超。

3 失超檢測(cè)系統(tǒng)裝置

由YBCO帶材繞制的超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體，由十個(gè)超導(dǎo)線圈串聯(lián)而成，含有寬帶和窄帶，由于寬帶和窄帶的結(jié)構(gòu)不同，兩者具有不同的電感量，窄帶的電感量略大于寬帶，臨界電流為 41.6A；一套失超檢測(cè)系統(tǒng)裝置中，制冷機(jī)為單級(jí)G-M制冷機(jī)（600W，77K）；超導(dǎo)電源為穩(wěn)定直流電源；真空機(jī)組為杜瓦提供減壓降溫環(huán)境，與散熱器配合工作；空壓機(jī)為真空機(jī)組提供高壓空氣；冷水機(jī)為系統(tǒng)提供冷卻水源，保證設(shè)備的長(zhǎng)期工作；將超導(dǎo)線圈放置在裝有液氮的杜瓦瓶?jī)?nèi)，使液氮溫度降低至65K并保持此低溫，進(jìn)行失超檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)如圖9所示的實(shí)驗(yàn)電路，充電電源以某一速度為超導(dǎo)線圈充電。在超導(dǎo)儲(chǔ)能混合磁體中，將寬帶與窄帶作為一組、窄帶與窄帶作為一組進(jìn)行驗(yàn)證失超檢測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)證。寬帶與窄帶相比較時(shí)，根據(jù)寬帶和窄帶電感值的比例為1.2，將寬帶線圈在電壓隔離校正環(huán)節(jié)調(diào)整比例為1.2，窄帶與窄帶電感值相同。將超導(dǎo)線圈上的電壓和電流信號(hào)輸入到失超檢測(cè)系統(tǒng)。

圖9 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖Fig.9 Schematic diagram of experiment system

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 窄帶線圈比較時(shí)失超前后電壓電流信號(hào)波形

圖10 兩個(gè)窄帶線圈電壓Fig.10 Voltage of two narrow tape coils

圖11 兩個(gè)窄帶線圈失超電壓Fig.11 Voltage of quench of two narrow tape coils

圖12 兩個(gè)窄帶線圈輸出電壓Fig.12 Output voltage of two narrow tape coils

圖13 兩個(gè)窄帶線圈驅(qū)動(dòng)電流Fig.13 Drive voltage of two narrow tape coils

4.2 寬帶線圈與窄帶線圈比較試驗(yàn)波形圖

圖14 一個(gè)窄帶和一個(gè)寬帶超導(dǎo)線圈電壓Fig.14 Voltage of a narrow tape coil and a wide tape coil

圖15 一個(gè)窄帶和一個(gè)寬帶超導(dǎo)線圈校正后電壓Fig.15 Voltage of correction voltage of a narrow tape coil and a wide tape coil

圖16 一個(gè)窄帶和一個(gè)寬帶超導(dǎo)線圈輸出電壓Fig.16 Output voltage of a narrow tape coil and a wide tape coil

圖17 一個(gè)窄帶和一個(gè)寬帶超導(dǎo)線圈充電電流Fig.17 Current of superconductor coils of a narrow tape coil and a wide tape coil

圖18 di/(dt)不同時(shí)的輸出電壓Fig.18 Output voltage at different di/(dt)

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

其中v1、v2為兩個(gè)超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的電壓，v3為采用有源功率檢測(cè)法產(chǎn)生的失超電壓 P1= K( v1- v2)i ，加入電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將 P1值以電壓的形式輸出。V4為失超檢測(cè)裝置的輸出電壓。

根據(jù)有源功率檢測(cè)法，比較電路中的閾值可設(shè)定為超導(dǎo)線圈上失超電壓差的閾值與臨界電流的乘積，檢測(cè)電路得到的P1值為超導(dǎo)線圈電壓差與線圈電流的乘積，由于超導(dǎo)線圈電壓差較小，故有源功率檢測(cè)法中主要考慮電流的影響。由示波器可以看出，超導(dǎo)磁體充電的過(guò)程中受各種干擾及誤差的影響，檢測(cè)電路中存在幅值200mV以內(nèi)的干擾信號(hào)，那么閾值的設(shè)定還需考慮干擾信號(hào)的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)取得測(cè)量值480mV，當(dāng)失超電壓大于480mV時(shí)，輸出信號(hào)由高電平跳變到低電平，說(shuō)明產(chǎn)生失超。

圖10～圖 13為窄帶磁體失超前后電壓電流信號(hào)波形，v1、v2為兩個(gè)窄帶磁體產(chǎn)生的電壓，當(dāng)充電電流未達(dá)到臨界電流時(shí)，從圖10中可以看出超導(dǎo)線圈 L1和 L2具有相等的電壓值，失超電壓低于閾值電壓且?guī)捉诹?，輸出電壓為高電平表示未失超；?dāng)充電電流達(dá)到臨界電流時(shí)，超導(dǎo)線圈開始失超，由于各個(gè)線圈的失超程度不同，因此 v1≠v2，失超電壓開始上升至500mV左右時(shí)，輸出電壓由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，表示產(chǎn)生失超。

圖14～圖 17為寬帶磁體與窄帶磁體失超前后電壓電流信號(hào)波形，其中 v11、v22分別為經(jīng)電壓隔離校正電路后窄帶磁體和寬帶磁體的電壓，從圖中可以看出在充電電流未達(dá)到臨界電流時(shí)，超導(dǎo)線圈上的電壓經(jīng)校正后超導(dǎo)線圈具有接近相等的電壓值，失超電壓低于閾值電壓且?guī)捉诹?，輸出電壓為高電平，表明失超檢測(cè)電路能夠消除感應(yīng)電壓的影響，正確的反映線圈未失超；當(dāng)充電電流達(dá)到臨界電流時(shí)，超導(dǎo)線圈開始失超，失超電壓開始上升，輸出電壓由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，表示產(chǎn)生失超。

由表可見，給線圈分別以 0.5A/s、2A/s、4A/s和 8A/s的速度充電，實(shí)驗(yàn)中閥值電壓 Ur均設(shè)為480mV，此時(shí)對(duì)應(yīng)的線圈電流在臨界電流附近，為11.8A左右，輸出電壓發(fā)生跳變，說(shuō)明閥值電壓的設(shè)定比較合理，而且不受充電速度的影響。從圖14～圖18中失超電壓的波形可以看出，充電速度對(duì)失超的起始時(shí)間有影響，但是失超電壓的最大值基本保持不變，都在500mV左右。從圖18a～18d可以看出，充電速度為 di(dt)=0.5A/s，2A/s，4A/s和8A/s情況下，失超時(shí)間開始分別是 17.3s、11.3s、7.5s和 7.4s。可以看出充電速度越快，失超越早發(fā)生。

表 充電速度與失超電壓的關(guān)系Tab. Quench voltage dependence of charge speed

由于線圈的臨界電流大約為10A左右，閥值應(yīng)該設(shè)在失超電流達(dá)到臨界電流的 120%左右比較可靠，也就是11.7A，此時(shí)對(duì)應(yīng)的失超電壓為500mV。

從以上實(shí)驗(yàn)得知，失超檢測(cè)系統(tǒng)能及時(shí)、有效地檢測(cè)超導(dǎo)線圈的失超的產(chǎn)生，不僅使用于電感值相等的超導(dǎo)線圈之間的比較，也適用于不同電感值的超導(dǎo)線圈之間的比較，實(shí)現(xiàn)失超檢測(cè)的功能。

5 結(jié)論

通過(guò)比較多種失超檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選取了有源功率檢測(cè)法作為本課題的研究方法，對(duì)現(xiàn)有有源功率檢測(cè)法的電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行了校正，設(shè)計(jì)了一套用于超導(dǎo)儲(chǔ)能混合磁體的失超檢測(cè)系統(tǒng)。闡述了失超檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊工作原理；并用超導(dǎo)儲(chǔ)能混合磁體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證失超檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，失超檢測(cè)系統(tǒng)不僅適用于超導(dǎo)線圈電感值相等的情況，也適用于線圈電感值不等的情況，保證了在任何情況下失超檢測(cè)系統(tǒng)都能準(zhǔn)確、及時(shí)的檢測(cè)到失超信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，以不同充電速度對(duì)磁體充電時(shí)，充電速度越快，失超電壓的變化速度越快，失超越提前，但是失超電壓的最大值基本保持不變，線圈的臨界電流也基本不變，說(shuō)明充電速度不影響失超閥值電壓的設(shè)定及對(duì)磁體失超的判斷。

[1]Jin Hong Joo, Hayato Sano, Seok Beom Kim, et al.Development of quench detection method based on normal transition behaviors for HTS coils[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2009,19(3)∶ 2415-2418.

[2]Joo J H, Sano H, Kadota T, et al. Study on quench protection method with regards to normal transition behavior for HTS coil[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2010, 20(3)∶ 2027-2030.

[3]Frederic Trillaud, Ing Chea Ang, Woo Seok Kim, et al.Protection and quench detection of YBCO coils results with small test coil assemblies[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2007,17(2)∶ 2450-2453.

[4]Ninomiya A, Sakaniwa K, Kado Hetal. Quench detection of superconducting magnets using ultrasonic wave[J]. IEEE Transactions on Magnet, 1989, 25(2)∶1520-1523.

[5]Habu K, Kaminohara S, Kimoto T, et al. The contactless detection of local normal transitions in superconducting coils by using Poynting’s vector method[J]. Physica C, 2010, 470(20)∶ 1860-1864.

[6]Loyd R J, Bule A M, Chang C L. Coil protection for the 20. 4 MWh SMES/ETM[J]. IEEE Transactions on Magnet, 1991, 27(2)∶ 1716-1719.

[7]Mohamed A Hilal, George VCscey, John M Pfotenhauer, et al. Quench detection of multiple magnet system[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1994, 4(3)∶ 109-114.

[8]Chen Shunzhong, Wang Qiuliang, Dai Yinming, et al.Development of a digital quench detection and dumping circuit with constant voltage system for SMES[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2010, 20(3)∶ 2070-2073.

[9]Nanato N, Yanagishita M, Nakamura K. Quench detection of Bi-2223 HTS coil by partial active power detecting method[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2001, 11(1)∶ 2391-2393

[10]Inoue T, Nanato N, Sasaki K, et al. Quench protection system for two-layer superconducting coils by an active power method[J]. Physica C, 2010, 470(20)∶1870-1873.

[11]Wei Bin, Yang Yanfang, Qiu Ming, et al. The quench detection system for YBCO superconducting magnets[J].IEEE Transactions on Applied Superconductivity,2010, 20(3)∶ 1369-1372.

[12]Mohamed A Hilal, George Vcscey, John M Pfotenhauer, et al. Quench detection of multiple magnet system[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1994, 4(3)∶ 109-114.

[13]張濤, 馬游春, 張文棟. 線性光耦HCNR201在正負(fù)電壓測(cè)量上的應(yīng)用[J]. 電子設(shè)計(jì), 2007, 23(5)∶297-298.Zhang Tao, Ma Chunyu, Zhang Wendong. The application of linear optocoupler HCNR201 in positive and negative voltage measurement[J]. Electronic Design, 2007, 23(5)∶ 297-298.