超导磁体失超检测中电压隔离校正电路的设计

应电压为负值，U1A不工作，则输入电压通过U1B线性或放大输出。当HCNR201的第3，4端的光敏二极管受光后，其输出信号将反馈到放大器的输入端，以提高光耦的线性并减少温漂。第5，6端输出的信号经运放放大后输出。电容C1，C2为反馈电容，可用于提高电路的稳定性，消除自激振荡，滤除电路中的毛刺信号，降低电路的输出噪声。调整R5和R1的值，可以对输出值进行一定倍数的放大。

　　3 失超检测系统校正电路实验

　　实验采用不同电感值的超导线圈YBCO与Bi2223。

　　3．1 实验装置

　　其主要实验装置及作用如下：由YBCO带材绕制的超导储能磁体，由10个超导线圈串联而成，分为宽带和窄带，两者具有不同的电感量；制冷机为单级G-M制冷机(600 W，77 kHz)；超导电源为超导磁体提供高精度稳定直流电源；真空机组为杜瓦提供减压降温环境，与散热器配合工作；空压机为真空机组提供高压空气；冷水机为真空机组、超导电源和制冷机提供冷却水源，保障设备的长期工作；液氮罐为储存液氮容器。将超导线圈放置在装有液氮的杜瓦瓶内，通过制冷机、冷水机以及真空机组的共同作用，使液氮温度降低至65 K并保持此低温，进行失超保检测实验。

　　3．2 实验连接

　　根据实验目的，设计如图5所示的实验电路，充电电源以某一速度为超导线圈充电，测试系统通过虚拟仪器软件LabVIEW进行编程控制充电电流的速度并可以检测超导磁体上电压以及温度的变化。将超导线圈上的电压和电流信号输入到失超检测系统，通过示波器观察实验过程中的波形。

　　3．3 宽带线圈与窄带线圈比较试验波形图

　　宽带线圈与窄带线圈比较试验波形如图6～图10所示。

　　3．4 实验结果分析

　　图6～图10为宽带与窄带比较时失超前后电压电流信号波形，其中v3，v4为经电压隔离校正电路后的电压，从图中可以看出在充电电流未达到临界电流时，超导线圈上的电压v1≠v2，经校正后超导线圈具有接近相等的电压值，失超电压低于阈值电压且几近于零，输出电压为高电平，表明失超检测电路能够消除感应电压的影响，反映线圈未失超；当充电电流达到临界电流时，超导线圈开始失超，v3≠v4，失超电压开始上升，输出电压由高电平转换为低电平，表示产生失超。

　　根据有源功率检测法，比较电路中的阈值可设定为超导线圈上失超电压差的阈值与临界电流的乘积，检测电路得到的P1值为超导线圈电压差与线圈电流的乘积。由示波器可以看出，超导磁体充电的过程中受各种干扰及误差的影响，检测电路中存在幅值200 mV以内的干扰信号，那么阈值的设定还需考虑干扰信号的影响，根据实验取得经验值2．2 V，当失超电压大于2．2 V时，输出信号由高电平跳变到低电平，说明产生失超。

　　从实验得知，失超检测系统不仅使用于电感值不等的超导线圈之间的比较，也适用于相同电感值的超导线圈之间的比较，实现失超检测的功能。

　　4 结语

　　本文选取有源功率检测法作为本课题的研究方法，对现有有源功率检测法的电压差测量环节进行了校正，设计了用于超导储能混合磁体的电压隔离校正系统。详细阐述了该系统的工作原理；并用超导线圈进行实验，验证隔离校正的可靠性。结果表明，该系统不仅适用于超导线圈电感值不等的情况，在线圈电感值相等的情况下，也能准确、及时的检测到失超信号，保证失超保护装置及时准确的动作，进而维护超导储能混合磁体的安全稳定运行。