一种高温超导绕组交流损耗测试装置的制作方法

本申请涉及高温超导材料测试技术领域，尤其涉及一种高温超导绕组交流损耗测试装置。

背景技术：

高温超导材料具有载流能力大，直流无损耗的特点，然而，高温超导材料处于交流磁场中或承载交流电流时，会产生阻性损耗，常见的高温超导带材在自场或外场作用下，在77k的温度下，超导带材产生的交流损耗会为制冷系统带来至少15倍的能量损耗，并且可能造成带材局部失超，严重威胁超导磁体的安全运行。

现有的交流损耗测量方法有热测法、磁测法和电测法：热法测量范围广，但灵敏度低，平衡时间久，耗时长；磁测法灵敏度高，但必须是静态测量，且只能测量超导体单位体积的磁滞损耗，其应用有一定的局限性；电测法操作方便直观，灵敏度高，测量时间较短，但受测量引线布局影响大，容易受外界电磁的干扰。

在采用电测法进行交流损耗测量时，有功功率即为高温超导线圈的交流损耗，无功功率主要来自高温超导线圈电感引起的磁场储能与释放，由于高温超导线圈的无功功率远大于有功功率，导致交流损耗测量的损耗功率信号远小于无功功率的信号，即在一个非常大的量程内测量一个非常小的信号，导致难以测量准确。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种高温超导绕组交流损耗测试装置，解决高温超导线圈的无功功率远大于有功功率，导致交流损耗测量的损耗功率信号远小于无功功率的信号，即在一个非常大的量程内测量一个非常小的信号，导致难以测量准确的技术问题。

有鉴于此，本申请提供一种高温超导绕组交流损耗测试装置，包括：交流电源模块、试验电路、测试模块和中央处理器；

所述试验电路包括高温超导线圈和补偿线圈，所述高温超导线圈与所述补偿线圈串联；

所述交流电源模块串联于所述试验电路中；

所述测试模块的电压测试端并联于所述高温超导线圈的两端，所述测试模块连接有与所述补偿线圈互感的激励线圈，所述测试模块可为所述激励线圈提供与所述补偿线圈相同相位的电流；

所述中央处理器与所述交流电源模块以及所述测试模块通信连接。

进一步的，所述测试模块包括采集卡、罗氏线圈和差分放大器；

所述中央处理器与所述采集卡通信连接；

所述采集卡与所述罗氏线圈以及所述差分放大器连接；

所述差分放大器与所述激励线圈连接；

所述差分放大器的两电压测试端并联于所述高温超导线圈的两端。

进一步的，还包括补偿电容；

所述补偿电容串联于所述试验电路上。

进一步的，所述交流电源模块包括信号发生器和变压器；

所述中央处理器与所述信号发生器通信连接；

所述信号发生器的输出端与所述变压器的初级线圈串联；

所述变压器的次级线圈串联于所述试验电路中。

进一步的，还包括功率放大器；

所述功率放大器串联于所述变压器与所述信号发生器之间。

进一步的，还包括隔直电容；

所述隔直电容串联于所述信号发生器与所述功率放大器所串联的线路中。

进一步的，还包括保护电阻；

所述保护电阻串联于所述功率放大器与所述变压器的初级线圈所串联的线路中。

进一步的，还包括光电隔离器；

所述光电隔离器串联于所述中央处理器与所述信号发生器之间。

与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：

本申请提供了一种高温超导绕组交流损耗测试装置，包括：交流电源模块、试验电路、测试模块和中央处理器；所述试验电路包括高温超导线圈和补偿线圈，所述高温超导线圈与所述补偿线圈串联；所述交流电源模块串联于所述试验电路中；所述测试模块的电压测试端并联于所述高温超导线圈的两端，所述测试模块连接有与所述补偿线圈互感的激励线圈，所述测试模块可为所述激励线圈提供与所述补偿线圈相同相位的电流；所述中央处理器与所述交流电源模块以及所述测试模块通信连接。

本申请中提供的高温超导绕组交流损耗测试装置，通过在试验电路中串联用于电感补偿的补偿线圈，测试模块连接与补偿线圈互感的激励线圈，并为激励线圈提供与高温超导线圈相同相位的电流，从而补偿线圈感应激励线圈的电流磁场，并产生与高温超导线圈反向的电压信号，测试模块通过测试补偿线圈以及高温超导线圈的电压差值以及试验电路的电流值，该电压差值代替了高温超导绕组自身具有的较大的电压值，运用该电压差值以及试验电路的电流值计算出交流损耗功率，从而降低了无功功率对测量的影响，达到了使交流损耗的测量更加准确的技术效果，解决了高温超导线圈的无功功率远大于有功功率，导致交流损耗测量的损耗功率信号远小于无功功率的信号，即在一个非常大的量程内测量一个非常小的信号，导致难以测量准确的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的高温超导绕组交流损耗测试装置的结构图；

其中，附图标记为：中央处理器1、光电隔离器2、信号发生器3、隔直电容4、功率放大器5、保护电阻6、变压器7、高温超导线圈8、补偿电容9、补偿线圈10、激励线圈11、差分放大器12、采集卡13、罗氏线圈14。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解，请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的高温超导绕组交流损耗测试装置的结构图；

本申请提供了一种高温超导绕组交流损耗测试装置，包括交流电源模块、试验电路、测试模块和中央处理器1；

试验电路包括高温超导线圈8和补偿线圈10，高温超导线圈8与补偿线圈10串联；

交流电源模块串联于试验电路中；

测试模块的电压测试端并联于高温超导线圈8的两端，测试模块连接有与补偿线圈10互感的激励线圈11，测试模块可为激励线圈11提供与补偿线圈10相同相位的电流；

中央处理器1与交流电源模块以及测试模块通信连接。

需要说明的是，交流电路串联于试验电路上，交流电源模块用于为试验电路提供低电压高电流的交流电，补偿线圈10与高温超导线圈8串联，测试模块连接有激励线圈11，测试模块为激励线圈11提供与高温超导线圈8相同相位的电流，从而使同轴的补偿线圈10感应激励线圈11的电流磁，并产生与高温超导线圈8方向相反的补偿电压，通过调节该补偿线圈10与激励线圈11之间的互感，可调节补偿电压值的大小，中央处理器1用于控制交流电源模块产生频率为f，幅值为vs交流信号。

测试模块用于测试补偿线圈10与高温超导线圈8的电压差值和试验线圈的电流值，测试模块包括采集卡13、罗氏线圈14、差分放大器12、数字滤波器以及基于labview的测控平台，中央处理器1与采集卡13通信连接，采集卡13与罗氏线圈14以及差分放大器12连接，差分放大器12与激励线圈11连接，差分放大器12的两电压测试端并联于高温超导线圈8的两端，采集卡13用于通过差分方式采集高温超导线圈8经补偿后的电压值，罗氏线圈14可感应高温超导线圈8的磁场产生感应电压，该感应电压与试验电路中的电流成正比，比例系数为γ(单位a/v，是一个常数)，罗氏线圈14的感应电压与待测电路电流频率相同，相位相差为π/2，最终高温超导线圈8每周期的交流损耗qc为：

其中，vm(t)为采集卡13通过差分方式测量高温超导线圈8和补偿线圈10的差分电压值，vr(t)为实时测量的罗氏线圈14的电压。

本申请中提供的高温超导绕组交流损耗测试装置，通过在试验电路中串联用于电感补偿的补偿线圈10，测试模块连接与补偿线圈10互感的激励线圈11，并为激励线圈11提供与高温超导线圈8相同相位的电流，从而补偿线圈10感应激励线圈11的电流磁场，并产生与高温超导线圈8反向的电压信号，测试模块通过测试补偿线圈10以及高温超导线圈8的电压差值以及试验电路的电流值，该电压差值代替了高温超导绕组自身具有的较大的电压值，运用该电压差值以及试验电路的电流值计算出交流损耗功率，从而降低了无功功率对测量的影响，达到了使交流损耗的测量更加准确的技术效果，解决了高温超导线圈8的无功功率远大于有功功率，导致交流损耗测量的损耗功率信号远小于无功功率的信号，即在一个非常大的量程内测量一个非常小的信号，导致难以测量准确的技术问题。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的高温超导绕组交流损耗测试装置还包括补偿电容9，

补偿电容9串联与试验电路上。

具体来说，补偿电容9用于降低试验电路的等效阻抗，使得试验电路中的无功功率降低，可人为在指定频率上选择合适的补偿电容9值，使电路达到谐振状态，此时高温超导线圈8与补偿电容9的整体阻抗可仅为高温超导线圈8本身的阻抗。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的高温超导绕组交流损耗测试装置的交流电源模块包括信号发生器3、功率放大器5和变压器7；

中央处理器1与信号发生器3电连接；

信号发生器3的输出端与功变压器7的初级线圈串联；

功率放大器5串联于变压器7与信号发生器3之间；

变压器7的次级线圈串联于试验电路中。

具体来说，中央处理器1控制信号发生器3输出一个频率可调的低电压小电流信号进入功率放大器5，功率放大器5对该低电压小电流的交流电信号进行功率增益，使信号变为高电压小电流的交流电信号并进入到变压器7，变压器7为降压变压器7，降压变压器7通过降压增流，将该高电压小电流的交流电信号转变为低电压高电流的交流电信号，该低电压高电流的交流电信号可直接通入高温超导线圈8中进行交流损耗检测，通过调节信号发生器3、功率放大器5和降压变压器7可实现对输出交流电流幅值和频率的调节。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的高温超导绕组交流损耗测试装置还包括隔直电容4；

隔直电容4串联于信号发生器3与功率放大器5所串联的线路中，用于隔离信号发生器3与交流信号中的直流偏置。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的高温超导绕组交流损耗测试装置还包括光电隔离器2；

光电隔离器2串联于中央处理器1与信号发生器3之间。

具体来说，中央处理器1在对信号发生器3进行信号传输时，两者之间可能会发生电信号交换，信号发生器3所传输至中央处理器1的电信号会干扰中央处理器1接受测试模块的测试信号，采用光电隔离器2可保证信号发生器3与中央处理器1之间不发生电信号交换，可有效隔离中央处理器1发出的信号中50hz的工频干扰，提高测试信号和采集信号的信噪比。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的高温超导绕组交流损耗测试装置还包括保护电阻6；

保护电阻6串联于功率放大器5与变压器7的初级线圈所串联的线路中，用于对该线路的电压进行分压，由于功率放大器5所发出的交流信号为高电压低电流的交流电信号，因此该串联线路中各个部件的电压较高，采用保护电阻6可避免电压过高导致功率放大器5或变压器7烧坏。

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。