Устройство секционированной сверхпроводящей неоднородной магнитной системы с тепловой защитой Советский патент 1989 года по МПК H01L39/16 H02H5/04 H01F6/00 H02K55/00 

31508

следующей секции подсоединены разрядные элементы , расположенные вне криостата. Начало первой секции 1 подключено через силовой коммутатор 3, источник питания 4 к концу последней секции 1 магнитной системы. К началу первой секции 1 магнитной системы и к концу последней секции 1 магнитной системы подключен потенци- ометр 5. Силовой коммутатор 3 подключен к выходу блока управления 6, который может быть выполнен, например, из последовательно соединенных компаратора напряжений и усилителя мощности. Для обнаружения зоны перехода в нормальное состояние используется мостовая схема, плечи которой образованы двумя произвольными частями магнитной системы, состоящими из после- довательно соединенных секций, и соответствующими частямя потенциометра 5. К входам блока управления 6 подключен выход с диагонали 7-8 моста (точка 7 соединения двух произвольньк секций магнитной системы, движок 8 потенциометра 5). На фиг.t показан также дополнительный разрядный элемент 9, подключенньй, например, к секции 2 магнитной системы

В качестве разрядных элементов -2 можно использовать постоянные активные сопротивления, нелинейные активные сопротивления, конденсаторы: большой емкости с диодами, включенными последовательно с конденсаторами. Однако при большом количестве секций и использовании нелинейньпс разрядных элементов анализ переходного процесса с целью правильного выбора пара- метров схемы защиты для получения заданного эффекта изменения тока в отдельных секциях становится очень трудным и должен проводиться численными методами.

Устройство работает следунщим образом.

- В процессе запитки или в рабочем режиме CMC силовой коммутатор 3 находится в замкнутом состоянии, а. движок 8 потенциометра 5 устанавливается так, чтобы напряжение между точкой 7 CMC и движком 8 потенциометра 5 было равно нулю. Ток практически весь течет через последовательно соединен- ные секции CMC . Как только CMC начинает переходить в нормальное состояние, появляется напряжение разбаланса моста, образованного час

тями потенциометра 5 между его крайними вьшодами и движком 8 и двумя произвольными частями магнитной системы. Напряжение разбаланса подается затем на компаратор напряжения схемы управления 6, которьй вьщает сигнал тогда, когда разбаланс мостовой схемы обнаружения нормальной зоны превысит предварительно заданную уставку по напряжению. Сигнал с компаратора напряжения преобразуется затем до определенного уровня по мощности и поступает на силовой коммутатор 3, в качестве которого может использоваться механический размыкатель или силовой тиристор. Силовой коммутатор 3 размыкается, отсоединяя источник питания 4 от CMC, и секхщи через разрядные элементы 2 -2 подключаются параллельно друг другу. Если предположить, что нормальная зона распространяется медленно, то в первьй момент времени после размыкания силового коммутатора 3 даже при отсутствии магнитной связи между секциями (d.0, где 6- коэффициент магнитной связи меаду секциями) ток в любой из секций изменяется по закону:

,.(А,.Е %В„/ Ч ... +

+ С,Е ),

5 0 5

0

где I п ° секции 1 }

I о - начальный ток перехода CMC в нормальное состояние t - время;

А„,В...С„ - коэффициенты} PI,P... .Р„ - корни характеристического уравнения п-й степени.

Корни характеристического уравнения Р,,, .Рр и коэффициенты А, Вц...С зависят от всех параметров схемы защиты и магнитной сист емы. Подобрав параметры схемы защиты и CMC соответствующим образом, можно намного быстрее снизить ток в одной или нескольких секциях и обеспечить быст- рьй его подъем в остальных секциях CMC в первьй момент времени после размыкания силового коммутатора 3. Быстрый подъем тока в отдельных случаях является дополнительным преимуществом, т.к. при этом нормальная зона быстрее заполнит рею обмотку и произойдет более равномерный ее.разогрев. Расчеты показывают, что положительный эффект достигается путем подключения разрядных элементов 2 - -2 к началу предыдущей и концу последующей секции CMC. Подключение дополнительного разрядного элемента 9 Параллельно секции 1 необязательно и дает дополнительный положительный эффект, связанный с уменьшением вре- Q мени вывода из CMC полной энергии системы.

В качестве примера выбора параметров CMC и схемы защиты для решения поставленной задачи рассмотрим трех- 15 секционную магнитную систему с индуктивными секциями 1, 1, 1, где L,, L, Lj - собственные индуктивности секций 1, 1, 1 соответственно, В качестве разрядных элементов 2% 2 20 используем постоянные активные сопротивления R, R , а также дополнительное сопротивление 9 (Rp, включенное параллельно средней секции ). Если между постоянными активными со- 25 противлениями R, R 5 К.э выполняется соотношение R .j R ,. з между секциями магнитной системы существует сильная магнитная связь, то, как показывают расчеты переходных процессов,ЗО при определенных соотношениях между параметрами СМ.С можно обеспечить увеличение скорости изменения токов в отдельных секциях магнитной системы. Рассмотрим некоторые варианты соотношения параметров трехсекционной магнитной системы, которые приводят к определенному характеру изменения токов в отдельных секциях CMC с большей скоростью в первьш момент времени после размыкания силового коммутатора.„

1,Если L « L 2, Lj, то происходит увеличение скорости вьщода тока из первой секции.

2.Если L J L ,, L J, то происходит Увеличение скорости вьшода тока из третьей секции.

35

40

45

3. Если L

то

t L1 П t

происходит увеличение скорости вывода тока из первой и третьей секции.

4. Если L L и L 3 -77 L,, L j, то осуществляется увеличение скорости вывода тока из первой секции и увеличение скорости его подъема во второй.

Пример . Разработана и изготовлена трехсекционная CMC, она была неоднократно испытана с предлагаемой схемой защиты. В качестве разрядных

Q

15 20 25 ,ЗО

35

40

45

50

55

элементов использовали постоянные активные сопротивления, а средняя секция магнита (1,) с целью ускорения вывода энергии из CMC дополнительно шунтировалась сопротивлением R. CMC и схема защиты имели следующие параметры: ,03 Гн; ,3 Гн; 1,3 1,93 Гн; R,0,2 Ом; ,4 Ом; R,, 0,2 Омо

Коэффициент связи между секциями близок к единице. Критический ток 1 составил 886 А, а запасенная энергия была равна 0,8 нДж. На фиг.2 показана кривая А изменения тока в первой секции (L) CMC с предлагаемым способом j и кривая Б изменения тока в , этой секции CMC, включенной по схеме прототипа. Из фиг.2 видно, что ток I в первый момент времени после размыкания силового коммутатора 3 выводится примерно в 16 раз быстрее из CMC, включенной по предлагаемому способу защиты, при одних и тех же значениях параметров схем.

Формула изобретения

Устройство секционированной сверхпроводящей неоднородной магнитной системы с тепловой защитой, содержащее разрядные элементы, расположенные вне криостата и подключенные к секциям неоднородной м агнитной системы, источник питания, соединенный последовательно с силовым коммутатором, свободные выводы силового коьму- татора и источника питания подключены соответственно к началу первой и концу последней секции магнитной системы, а вход управления силового коммутатора подключен к выходу блока управления, входам соединенного с выходной диагональю мостовой схемы обнаружения зоны перехода в нормальное состояние, отличающее ся тем, что, с целью повышения эффективности защиты путем увеличения скорости вывода тока из отдельных секций магнитной системы в момент перехода сверхпроводящей неоднородной системы в нормальное состояние, секции магнитной системы соединены между собой последовательно, каждый из разрядных элементов подключен между началом пре- дьщущей и концом последующей секций, два плеча мостовой схемы обнаружения зоны перехода в нормальное состояние образованы двумя частями секций неоднородной магнитной системы, два других плеча указанной мостовой схемы образованы частями потенциометра, крайние выводы которого подключены к началу первой и концу последней секций магнитной системы, а выходной диагональю моста является движок потенциометра и точка соединения смежных плеч, образованных секциями магнитной системы.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к области прикладной сверхпроводимости, и может быть использовано при эксплуатации крупных магнитов с сильными полями в больших объемах. Цель изобретения - повышение эффективности защиты сверхпроводящей магнитной системы путем увеличения скорости вывода тока из отдельных секций. Это достигается тем, что в устройстве секционированной сверхпроводящей неоднородной магнитной системы, содержащем элементы для вывода тока, подключенные к секциям магнитной системы, соединенным последовательно, управляющий вход силового коммутатора соединен с выходом блока управления 6. Два плеча мостовой схемы обнаружения зоны перехода в нормальное состояние образованы двумя произвольными частями секций неоднородной магнитной системы. Два других плеча мостовой схемы образованы частями потенциометра 5, крайние выводы которого подключены к началу первой 1¹ и концу последней 1^п секций магнитной системы, а сигнал разбаланса снимается с диагонали моста (точки 7 и 8) и подается на входы блока с управления 6. 2 ил.

шоо|л

фиб, 1

0.1

Редактор М.Циткина

0.05

Составитель Р.Апокина

Техред М.ХоданичКорректор В.Пфняк

Ф

Яи

п-/

0.1

. 1