应用于超导电机的微伏直流电压信号放大器研究

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高温超导电机作为船舶电力推进和风力发电的重要研究方向,近年来成为高温超导应用领域的研究热点。随着高温超导材料技术的不断发展,超导电机技术必将实现工程化应用,产生显著的经济和社会效益。超导材料的应用条件较为苛刻,任何参数超出其安全运行的范围都有可能引发超导体的失超故障。超导体的失超,不仅改变了超导电力设备的电气参数,对超导电力系统的安全、稳定、经济运行也将产生巨大的影响,因此对于超导电力设备的失超检测显得尤为重要。  超导电力设备的失超检测,目前已有的失超检测方法主要有温升检测、电压信号检测、压力信号检测、流速信号检测、超声波检测和桥式电路检测等。这些方法各有利弊,有的还只是处于理论研究阶段。因此,快速、有效的失超检测原理和装置仍是超导电力设备实用化进程中一个重要的研究内容。本文从超导体失超的基本原理出发并以此为依据,依次展开失超检测方面的相关工作。  首先,本文通过分析实际超导带材的工作特性,确定微伏电压信号作为检测超导带材失超最为迅速、可靠的物理量。通过总结对微弱信号检测的现有相关理论以及实践工作,在基本的三级放大电路的基础上,通过合理的选择频带、运算放大器型号以及滤波电路,适当的输入电路设计以及放大倍数设计,完成了应用于研发阶段判断局部失超的微伏直流电压信号放大器,并设计相关实验,验证其满足局部失超检测的性能要求。  其次,为了保证超导电机的安全工作,本文通过分析超导电机的运行状况,确定了预判超导电机失超需要另外检测的物理量为液位、温度,同时为了兼顾所有线圈的失超压降,将微伏电压信号升级为毫伏电压信号检测,并分别设计对应物理量的检测电路,通过整合设计形成方便安装的环形检测电路板。此外,还设计了无线收发系统的硬件电路以及软件程序,经过故障分析、实验调试等一系列工作,完成了超导电机的失超状态无线监测系统,保证了超导电机的安全正常运行。  最后,作为检测系统的延伸和拓展,同时应对蒸发冷却永磁涡流柔性传动模型特殊条件下的温度检测需求,本文在超导电机监测系统的基础上进行适当优化改造,完成了蒸发冷却永磁涡流柔性传动模型内部更为恶劣环境下的温度监测,并通过长期的试验以及大量的数据验证了其稳定性。
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