本發(fā)明涉及檢測(cè)電路，尤其是一種超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)電路。

背景技術(shù)：

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)磁體失超的基本過程是儲(chǔ)存的電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^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)、壓力檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁場(chǎng)檢測(cè)和電壓檢測(cè)，其中應(yīng)用最為廣泛的是電壓檢測(cè)，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題，而且，對(duì)于交流電路，外接電阻會(huì)消耗一部分能量。

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)超過臨界值。只要超導(dǎo)磁體在運(yùn)行過程中有一個(gè)基本參量超過臨界值（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)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)系統(tǒng)，可排除噪聲干擾，用于混合磁體的失超檢測(cè)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

超導(dǎo)磁體的失超檢測(cè)系統(tǒng)將兩個(gè)兩個(gè)超導(dǎo)線圈作為一組進(jìn)行比較，來判斷失超的產(chǎn)生。它由電壓隔離矯正環(huán)節(jié)、差分運(yùn)算電路、絕對(duì)值運(yùn)算電路、模擬乘法運(yùn)算電路、濾波電路、比較電路組成。

所述電壓隔離校正環(huán)節(jié)包括線圈電壓檢測(cè)電路和電壓隔離放大電路，采用有源功率檢測(cè)法，并對(duì)電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行校正。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)法通過測(cè)量的 值來檢測(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，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)過電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)與v1進(jìn)行比較，得v₁-(L₁/L₂)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。

所述線圈電壓檢測(cè)電路選用低功耗、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1～10000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+50k/R3)(v1-v2)。調(diào)整比例，可實(shí)現(xiàn)線性輸出。

所述電壓隔離放大電路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)。其輸入端，輸出端，故有。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調(diào)整R₂與R₁的比值來實(shí)現(xiàn)。將單邊信號(hào)接入電壓隔離放大電路，達(dá)到線性輸出且隔離的目的。

所述差分運(yùn)算電路為電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)線圈電壓差功能。采用INA128儀表放大器，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。

所述絕對(duì)值運(yùn)算電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，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。

所述模擬乘法運(yùn)算電路實(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)有源功率值的檢測(cè)。采用RC4200模擬乘法器，，加入電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將P₁值以電壓的形式輸出。

所述濾波電路采用兩級(jí)二階巴特沃斯低通濾波器相級(jí)聯(lián)，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=1υF， C₂=2υF，可以求出R₁=R₂=15k。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。

所述比較電路采用比較器LM393，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。

本發(fā)明的有益效果是：超導(dǎo)磁體的失超檢測(cè)系統(tǒng)可用于混合磁體的失超信號(hào)檢測(cè)，可以很好的解決噪聲干擾的問題，能及時(shí)、有效地檢測(cè)超導(dǎo)混合磁體失超的發(fā)生。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是失超信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)框圖。

圖2是校正的電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)框圖。

圖3是線圈電壓檢測(cè)電路。

圖4是電壓隔離放大電路。

圖5是差分運(yùn)算電路。

具體實(shí)施方式

在圖1中，超導(dǎo)磁體的失超檢測(cè)系統(tǒng)將兩個(gè)兩個(gè)超導(dǎo)線圈作為一組進(jìn)行比較，來判斷失超的產(chǎn)生。它由電壓隔離矯正環(huán)節(jié)、差分運(yùn)算電路、絕對(duì)值運(yùn)算電路、模擬乘法運(yùn)算電路、濾波電路、比較電路組成。

在圖2中，所述電壓隔離校正環(huán)節(jié)包括線圈電壓檢測(cè)電路和電壓隔離放大電路，采用有源功率檢測(cè)法，并對(duì)電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行校正。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)法通過測(cè)量的值來檢測(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，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)過電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)與v1進(jìn)行比較，得v₁-(L₁/L₂)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。

在圖3中，所述線圈電壓檢測(cè)電路選用低功耗、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1～10000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+50k/R3)(v1-v2)。調(diào)整比例，可實(shí)現(xiàn)線性輸出。

在圖4中，所述電壓隔離放大電路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)。其輸，輸出端，故有。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調(diào)整R₂與R₁的比值來實(shí)現(xiàn)。將單邊信號(hào)接入電壓隔離放大電路，達(dá)到線性輸出且隔離的目的。

在圖5中，所述差分運(yùn)算電路為電壓差測(cè)量環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)線圈電壓差功能。采用INA128儀表放大器，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。所述絕對(duì)值運(yùn)算電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，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。

所述模擬乘法運(yùn)算電路實(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)有源功率值的檢測(cè)。采用RC4200模擬乘法器，，加入電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將P₁值以電壓的形式輸出。

所述濾波電路采用兩級(jí)二階巴特沃斯低通濾波器相級(jí)聯(lián)，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=1υF， C₂=2υF，可以求出R₁=R₂=15k。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。

所述比較電路采用比較器LM393，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。