[发明专利]一种交流大电流冲击测试装置和测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超导带材和线圈的交流大电流冲击测试装置和测试方法。 

背景技术

随着超导技术的快速发展，特别是Bi系和YBCO超导带材的快速发展，超导带材在诸如电力系统（超导储能、超导限流器、超导变压器、超导电缆和超导电机等）、重大科学工程（热核聚变实验堆）、医疗（核磁共振仪）、交通（超导磁悬浮列车）和军事等方面得到了广泛的实际应用。因此，为了保证超导磁体的优化设计和安全可靠运行，对超导带材和磁体的过流冲击等性能测试是必不可少的。 

超导带材和磁体的交流大电流冲击测试，使超导带材和磁体经历从超导态到正常态的转变，超导带材和磁体的电流将是其临界电流的3-5倍，甚至更高。 

目前，超导带材和磁体的交流大电流冲击测试所需的交流大电流是通过脱扣器或断路器的开合等来实现的。例如文献“桥式超导故障限流器的短路试验研究”（叶林，林良真，电力系统自动化，第23卷第18期），如图1所示，通过开关S实现大电流冲击控制。稳态运行时，开关S处于断开状态；需要触发故障时，手动闭合开关S，这时电路中就产生了大电流；随后，手动断开开关S，大电流冲击结束。在大电流冲击过程中，没有对冲击电流的大小、冲击时间、初始相位角等进行控制，缺乏控制的精确性。 

同时，超导带材和磁体的交流大电流冲击是对一种对超导带材和磁体的过流冲击，伴随着大量的热量产生，可能造成超导带材和磁体的性能衰退甚至烧毁。在每次大电流冲击后，需要对超导带材和磁体的临界电流进行测试。 

因此。在实现超导带材和磁体的交流大电流冲击测试时，对冲击时间、冲 击相位角等进行控制，并且，及时方便地进行其临界电流的测试是非常必要的。 

发明内容

本发明的目的是克服已有技术在实现超导带材和磁体的交流大电流冲击测试时，对冲击时间、冲击相位角等控制不力的缺点，提出一种用于超导带材和线圈的交流大电流冲击测试的装置及其测试方法。本发明不但能够控制冲击电流大小、初始相位角和冲击时间，而且可以方便地及时测试超导带材和磁体的临界电流的衰减情况。 

本发明采用的技术方案如下： 

本发明交流大电流冲击测试装置，包括交流电源、超导磁体电源、调压变压器、变压器、断路器、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一电流传感器、第二电流传感器、电压传感器、第一晶闸管组、第二晶闸管组和电阻。 

交流电源连接在调压变压器的原边线圈上，调压变压器的副边线圈与断路器串联后连接在变压器的原边线圈上，变压器的副边线圈的第一连接点与第二晶闸管组和第一电流传感器的串联电路的一端相连，第二晶闸管组和第一电流传感器串联电路的另一端连接在第一单刀双掷开关的第二连接点；变压器的副边线圈的第二连接点与电阻和第一晶闸管组的并联电路的一端相连，电阻和第一晶闸管组的并联电路的另一端连接在第二单刀双掷开关的第二连接点；第一单刀双掷开关的第一连接点与第一测试点相连，第二单刀双掷开关的第一连接点与第二测试点相连，电压传感器并联在第一测试点和第二测试点之间，第二电流传感器和超导磁体电源的串联电路连接在第一单刀双掷开关的第三连接点和第二单刀双掷开关的第三连接点之间。 

采用本发明装置的测试方法通过对电流信号的过零检测，获得相应的方波信号；在过零点检测的基础上，给定初始相位角θ，然后求解控制大电流触发时间t₀： 

t₀=θ/360f 

其中，f为交流电源Uac的频率，初始相位角θ的单位为度（°）,t₀为从 过零点开始的大电流触发延迟时间。 

具体测试步骤如下： 

1、将超导样品连接在第一测试点和第二测试点之间； 

2、将第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关分别置于第一单刀双掷开关的第三连接点和第二单刀双掷开关的第三连接点； 

3、调节超导磁体电源，测试超导样品的临界电流； 

4、将第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关分别置于第一单刀双掷开关的第二连接点和第二单刀双掷开关的第二连接点； 

5、调节调压变压器，改变调压变压器的输出电压，调节线路电流； 

6、通过控制器设置大电流冲击时间和初始相位角θ； 

7、通过控制器发出故障触发指令； 

8、控制器通过控制信号控制第一晶闸管组导通而触发大电流冲击，通过控制信号控制第二晶闸管组关断。 

9、记录第一电流传感器、第二电流传感器和电压传感器的数据；