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应用分享 | 一文带你解锁超导行业测试场景和痛点
2024-12-20
超导是指某些物质在一定温度下，电阻为零的现象，与传统的导电材料相比，超导材料在通过电流时，回路不会产生热量，此外，超导材料还具有完全抗磁性，通量量子化等特点。目前，超导材料已广泛应用于电力、医疗、粒子加速器、可控核聚变、轨道交通等多个行业。
接下来，小编将为您分享超导行业典型测试场景、测试痛点、及NGI超稳定低纹波电源在超导行业的应用。
超导材料具有三大临界特征值，包括临界温度Tc、临界电流Ic和临界磁场Hc，只有当温度、电流和磁场在临界值曲面上或内部时，物质才会进入超导态。因此，临界电流测试成为了超导带材、线材等厂家的关注重点之一。
业界通常采用四探针法测试超导临界电流Ic，即通过电流源输出递增电流值I至被测样品，同步使用纳伏表测量被测样品两端电压。
当测试电流≤Ic时，被测样品处于超导态，两端电压通常为μV级：当电流大于Ic时，样品失超，两端电压突变。电压突变点对应电流即为临界电流Ic。
超导磁体是利用超导材料在低温下的超导特性产生强磁场的装置，与传统的磁性材料制成的电磁铁相比，具有高临界场强、低损耗等优点，已广泛应用于MRI、可控核聚变、粒子加速器等行业。
超导磁体线圈磁场强度计算通常采用毕奥萨伐尔定律，即在距离选定点 A 为 R 处有电流为 I 的回路 C, 回路上电流元 dl在距坐标轴交点 r 处的磁场强度H可表示为式1：
其中, u 是 dl 到点 A 的单位矢量。
▲毕奥萨伐尔定律
根据典型测试场景、及测试方法可知，电源的稳定性、纹波、过冲是影响超导磁体磁场强度、临界电流Ic测试的关键因素：
由式（1）可知，电源稳定性直接关系到超导磁体磁场的稳定性，其励磁一般需要电源从0开始、以固定斜率上升至数百~上千A，并以固定大电流励磁数小时，其稳定性通常要求0.02%以内。此外，电流稳定性也会影响超导带材/线材临界电流测试的一致性。
超导线圈可等效为图4电路，存在一定感性、容性分量。如纹波过高，将对线圈容性/感性分量做功发热，影响超导磁体运行的可靠性。
▲超导等效电路
由图2可知，电流过冲容易导致超导带材/线材临界电流Ic测试不准，影响品控准确性。而对于超导磁体而言，电流过冲过大将存在线圈发热、甚至烧毁的风险。
超稳定低纹波测试电源助力
针对超导行业客户测试需求和痛点，NGI研发的N36200系列超稳定低纹波可编程电源，通过长时间客户真实场景试用，很好的满足了前期需求。
通过优化器件选型、系统散热和环路控制算法，可保证24h输出漂移（30min热机）≤0.01%，1000h输出漂移（30min热机）≤0.05%，长时间工作输出稳定。支持CC优先模式，可保证大电流输出零过冲。
▲24h电流满载输出曲线
▲CC优先工作模式
电流纹波有效值≤0.1%，输出电流更纯净无干扰；
支持模块化并机至万A级，满足更大规格线圈励磁需求；
2U空间支持输出1100A大电流，节省用户测试空间；
目前，NGI超稳定、低纹波可编程直流电源已广泛应用于上海超导、聚变新能源等全球超导产业链TOP客户。
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