一种超导磁体失超检测系统的制作方法

本发明涉及检测电路，尤其是一种超导磁体失超检测电路。

背景技术：

同时随着电力消费的增长，社会对电力品质的要求也越来越高。而超导储能系统对系统功率需求的快速响应特性为提高电力系统的稳定性提供新的技术途径，同时对改善电能质量、提高可靠性也有很好的技术优势。由于超导磁体只有在满足特定条件下才能体现超导特性，一旦条件被破坏，超导磁体将发生失超。超导磁体失超的基本过程是储存的电磁能转变为热能的过程，转变的热能主要被外接移能电阻和线圈内的正常区吸收。超导磁体失超后，若不及时采取措施，产生的局部过热可能会导致超导磁体被烧毁或引起绝缘击穿，影响超导储能系统的安全及稳定运行，因此必须快速而准确的检测到超导磁体的失超。国内外用到的失超检测方法有温升检测、压力检测、超声波检测、磁场检测和电压检测，其中应用最为广泛的是电压检测，其余各种检测方法在实际应用中并不多见。桥式电路检测是匝间电压检测的改进，它较之匝间电压检测要方便且易实现，不需要安装电压传感器。但是桥式电路同样存在噪声干扰的问题，而且，对于交流电路，外接电阻会消耗一部分能量。

超导磁体由超导态转变为正常态，即所谓失超。绕组出现常态区的原因主要是超导磁 体运行参数超过临界值。只要超导磁体在运行过程中有一个基本参量超过临界值（临界磁场、临界电流和临界温度），超导材料的超导性质就会消失，绕组就会出现常态区。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明设计了一种超导磁体失超检测系统，可排除噪声干扰，用于混合磁体的失超检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

超导磁体的失超检测系统将两个两个超导线圈作为一组进行比较，来判断失超的产生。它由电压隔离矫正环节、差分运算电路、绝对值运算电路、模拟乘法运算电路、滤波电路、比较电路组成。

所述电压隔离校正环节包括线圈电压检测电路和电压隔离放大电路，采用有源功率检测法，并对电压差测量环节进行校正。L₁、L₂为两个超导线圈的电感，r₁和r₂为两个超导线圈失超后产生的电阻。有源功率检测法通过测量的 值来检测失超。在L₁=L₂情况下，未失超时，r₁和r₂均为零，检测到P值也为零，故显示超导线圈未失超。对于L₁≠L₂的情况，在未失超时，虽然r₁和r₂均为零，但是由于L₁≠L₂，故，即始终存在一个不为零的P值，由此可能会造成误判断，因此，需要在电压差测量环节进行校正。由于误判断是由于感应电压差引起的，则需消除感应电压差。线圈1的感应电压为L₁di/(dt)，线圈2的感应电压为L₂di/(dt)，当超导线圈L₂输出电压v₂后，对v₂进行L₁/L₂倍放大，即(L₁/L₂)v₂，再经过电压差测量环节与v1进行比较，得v₁-(L₁/L₂)v₂=0，消除了感应电压产生的影响，继而根据有源功率检测法来判断失超的产生。采用此种方法，对于L1=L2情况，则放大系数(L1/L2)=1，同样适用。

所述线圈电压检测电路选用低功耗、高精度的通用仪表放大器INA128。单个外部电阻R3可实现从1～10000的任一增益选择。R1和R2为限流电阻，R3为增益电阻，其输出为(1+50k/R3)(v1-v2)。调整比例，可实现线性输出。

所述电压隔离放大电路利用隔离器件将磁体与检测电路以及DSP隔离开，保护整个检测系统。其输入端，输出端，故有。其输入与输出呈一种线性关系，且其隔离放大器的增益可通过调整R₂与R₁的比值来实现。将单边信号接入电压隔离放大电路，达到线性输出且隔离的目的。

所述差分运算电路为电压差测量环节，实现线圈电压差功能。采用INA128仪表放大器，将线圈上的感应电压分量调整为一致，在电压差测量环节，取得由线圈失超电阻产生的电阻电压差。同时，在电压差测量环节之后加入绝对值电路，由于线圈的失超程度不同，那么输出的电压有正有负，绝对值处理电路可以使得输出信号均为正电压信号，这样方便后续电路处理。

所述绝对值运算电路由两个运算放大器组成，由于相比较的两个线圈的失超情况不能确定，电压差测量环节的输出可能为正值也有可能为负值，绝对值运算对线圈电压差取绝对值，使输出信号均为正电压信号，方便后续电路处理。

所述模拟乘法运算电路实现有源功率检测法中线圈电压差和电流的相乘运算，输出值与阈值相比较。模拟乘法器实现有源功率值的检测。采用RC4200模拟乘法器，，加入电流电压转换电路，将P₁值以电压的形式输出。

所述滤波电路采用两级二阶巴特沃斯低通滤波器相级联，巴特沃斯低通滤波器幅频响应在低频时它的幅值非常接近理想情况，在截止频率附近具有较陡的幅频。特性，并且对大于10Hz 的高频信号具有很好的衰减作用，而对低频信号影响不大，由于信号经过前级放大已具有较大幅度，故选择低通滤波器增益k=1。选择滤波器的截止频率为7.5Hz，取C₁=1υF， C₂=2υF，可以求出R₁=R₂=15k。另外为了防止信号自激，在电阻R₃两端并上56pF的云母电容。

所述比较电路采用比较器LM393，设定一参考电压，当超导线圈未失超时，低通滤波器的输出信号小于参考电压，比较器的输出为高电平，当超导线圈失超时，低通滤波器的输出大于参考电压，比较器的输出为低电平，这样根据比较器的输出就能够判断出超导线圈是否发生失超。

本发明的有益效果是：超导磁体的失超检测系统可用于混合磁体的失超信号检测，可以很好的解决噪声干扰的问题，能及时、有效地检测超导混合磁体失超的发生。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是失超信号检测系统框图。

图2是校正的电压差测量环节框图。

图3是线圈电压检测电路。

图4是电压隔离放大电路。

图5是差分运算电路。

具体实施方式

在图1中，超导磁体的失超检测系统将两个两个超导线圈作为一组进行比较，来判断失超的产生。它由电压隔离矫正环节、差分运算电路、绝对值运算电路、模拟乘法运算电路、滤波电路、比较电路组成。

在图2中，所述电压隔离校正环节包括线圈电压检测电路和电压隔离放大电路，采用有源功率检测法，并对电压差测量环节进行校正。L₁、L₂为两个超导线圈的电感，r₁和r₂为两个超导线圈失超后产生的电阻。有源功率检测法通过测量的值来检测失超。在L₁=L₂情况下，未失超时，r₁和r₂均为零，检测到P值也为零，故显示超导线圈未失超。对于L₁≠L₂的情况，在未失超时，虽然r₁和r₂均为零，但是由于L₁≠L₂，故，即始终存在一个不为零的P值，由此可能会造成误判断，因此，需要在电压差测量环节进行校正。由于误判断是由于感应电压差引起的，则需消除感应电压差。线圈1的感应电压为L₁di/(dt)，线圈2的感应电压为L₂di/(dt)，当超导线圈L₂输出电压v₂后，对v₂进行L₁/L₂倍放大，即(L₁/L₂)v₂，再经过电压差测量环节与v1进行比较，得v₁-(L₁/L₂)v₂=0，消除了感应电压产生的影响，继而根据有源功率检测法来判断失超的产生。采用此种方法，对于L1=L2情况，则放大系数(L1/L2)=1，同样适用。

在图3中，所述线圈电压检测电路选用低功耗、高精度的通用仪表放大器INA128。单个外部电阻R3可实现从1～10000的任一增益选择。R1和R2为限流电阻，R3为增益电阻，其输出为(1+50k/R3)(v1-v2)。调整比例，可实现线性输出。

在图4中，所述电压隔离放大电路利用隔离器件将磁体与检测电路以及DSP隔离开，保护整个检测系统。其输，输出端，故有。其输入与输出呈一种线性关系，且其隔离放大器的增益可通过调整R₂与R₁的比值来实现。将单边信号接入电压隔离放大电路，达到线性输出且隔离的目的。

在图5中，所述差分运算电路为电压差测量环节，实现线圈电压差功能。采用INA128仪表放大器，将线圈上的感应电压分量调整为一致，在电压差测量环节，取得由线圈失超电阻产生的电阻电压差。同时，在电压差测量环节之后加入绝对值电路，由于线圈的失超程度不同，那么输出的电压有正有负，绝对值处理电路可以使得输出信号均为正电压信号，这样方便后续电路处理。所述绝对值运算电路由两个运算放大器组成，由于相比较的两个线圈的失超情况不能确定，电压差测量环节的输出可能为正值也有可能为负值，绝对值运算对线圈电压差取绝对值，使输出信号均为正电压信号，方便后续电路处理。

所述模拟乘法运算电路实现有源功率检测法中线圈电压差和电流的相乘运算，输出值与阈值相比较。模拟乘法器实现有源功率值的检测。采用RC4200模拟乘法器，，加入电流电压转换电路，将P₁值以电压的形式输出。

所述滤波电路采用两级二阶巴特沃斯低通滤波器相级联，巴特沃斯低通滤波器幅频响应在低频时它的幅值非常接近理想情况，在截止频率附近具有较陡的幅频。特性，并且对大于10Hz 的高频信号具有很好的衰减作用，而对低频信号影响不大，由于信号经过前级放大已具有较大幅度，故选择低通滤波器增益k=1。选择滤波器的截止频率为7.5Hz，取C₁=1υF， C₂=2υF，可以求出R₁=R₂=15k。另外为了防止信号自激，在电阻R₃两端并上56pF的云母电容。

所述比较电路采用比较器LM393，设定一参考电压，当超导线圈未失超时，低通滤波器的输出信号小于参考电压，比较器的输出为高电平，当超导线圈失超时，低通滤波器的输出大于参考电压，比较器的输出为低电平，这样根据比较器的输出就能够判断出超导线圈是否发生失超。