JPH0640531B2 - Superconducting magnet protector - Google Patents
Superconducting magnet protectorInfo
- Publication number
- JPH0640531B2 JPH0640531B2 JP60008422A JP842285A JPH0640531B2 JP H0640531 B2 JPH0640531 B2 JP H0640531B2 JP 60008422 A JP60008422 A JP 60008422A JP 842285 A JP842285 A JP 842285A JP H0640531 B2 JPH0640531 B2 JP H0640531B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diode
- parallel
- current
- diodes
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/001—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超電導マグネツトの保護装置、特に永久電
流運転中の超電導破壊から永久電流スイツチを保護する
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protective device for a superconducting magnet, and more particularly to a device for protecting a persistent current switch from a superconducting breakdown during a persistent current operation.
第6図は例えば第31回低温工学研究発表会(1984
年5月7〜9日,東京,機械振興会館にて開催)の予稿
集97ページ,講演番号A3−20に示された超電導マ
グネツトおよび従来の保護装置を示す回路図である。図
中、(10)は冷媒である液体ヘリウムを満した極低温
容器であり、内部に超電導コイル(1)、永久電流スイ
ツチ(2)およびダイオード回路(9)を収納してい
る。これら超電導コイル(1)、永久電流スイツチ
(2)およびダイオード回路(9)は互に並列接続され
ており、そのリード線は極低温容器(10)の外部に導
出されて超電導コイル(1)のための励磁電源(7)に
接続されている。また、永久電流スイツチ(2)は、永
久電流スイツチ超電導体(4)、この永久電流スイツチ
超電導体(4)を加熱するためのヒータ(5)並びにこ
れら永久電流スイツチ超電導体(4)およびヒータ
(5)を極低温容器(10)に満された冷媒から断熱す
るための熱絶縁物(6)よりなつている。ヒータ(5)
は、そのリード線が極低温容器(10)の外部に導出さ
れてヒータ電源(8)に接続されることにより、加熱さ
れるようになつている。また、ISは励磁電源(7)の出
力電流、ICは超電導コイル(1)の励磁電流を示してい
る。Figure 6 shows, for example, the 31st Cryogenic Engineering Research Presentation (1984).
FIG. 9 is a circuit diagram showing a superconducting magnet and a conventional protection device shown in Lecture No. A3-20, Proceedings of 97 pages, held at Machinery Promotion Center, Tokyo, May 7-9. In the figure, (10) is a cryogenic container filled with liquid helium which is a refrigerant, in which a superconducting coil (1), a persistent current switch (2) and a diode circuit (9) are housed. The superconducting coil (1), the persistent current switch (2) and the diode circuit (9) are connected in parallel with each other, and the lead wires thereof are led out of the cryogenic container (10) to be connected to the superconducting coil (1). Is connected to the excitation power supply (7). The permanent current switch (2) is a permanent current switch superconductor (4), a heater (5) for heating the permanent current switch superconductor (4), and these permanent current switch superconductors (4) and heaters (4). 5) is composed of a thermal insulator (6) for insulating the cryogenic container (10) from the refrigerant filled therein. Heater (5)
The lead wire is led to the outside of the cryogenic container (10) and connected to the heater power supply (8) to be heated. Further, I S shows the output current of the exciting power source (7), and I C shows the exciting current of the superconducting coil (1).
次に動作について説明する。超電導コイル(1)を励磁
する場合には、まず、ヒータ(5)により永久電流スイ
ツチ超電導体(4)を加熱し、超電導破壊を起させて常
電導状態におく。この常電導状態における超電導マグネ
ツトの等価回路は第7図に示すとおりになる。なお、RN
は永久電流スイツチ超電導体(4)の常電導状態におけ
る抵抗値である。また、ダイオード回路(9)は、ダイ
オードのターンオン電圧末満の電圧がダイオード両端に
加わつている限り、そのインピーダンスが無限大となつ
て等価回路から除くことができる。この点については後
で詳述する。このような状態において励磁電源(7)よ
りの出力電流ISを時間的に一定の割合で増加させてゆ
く。出力電流ISが運転電流Iopに達したら電流増加を止
め、超電導コイル(1)のインダクタンスと永久電流ス
イツチ超電導体(4)の抵抗値RNとから決まる時定数よ
りも十分長い時間おいてから、永久電流スイツチ(2)
のヒータ(5)の電流をしや断する。その結果、永久電
流スイツチ超電導体(4)は冷媒によつて冷却され、や
がて超電導状態に至る。この超電導状態では、超電導コ
イル(1)に運転電流Iopが流れており、超電導コイル
(1)の両端が超電導状態の永久電流スイツチ超電導体
(4)によつて短絡されている状態になつている。従つ
て、ここで励磁電源(7)の出力電流ISを減少させれ
ば、超電導コイル(1)は運転電流Iopで永久電流運転
されることになる。また、この過程を逆にたどれば、超
電導コイル(1)は消磁されることになる。Next, the operation will be described. In the case of exciting the superconducting coil (1), first, the permanent current switch superconductor (4) is heated by the heater (5) to cause the superconducting breakdown to be in the normal conducting state. The equivalent circuit of the superconducting magnet in this normal conducting state is as shown in FIG. Note that R N
Is the resistance value of the persistent current switch superconductor (4) in the normal conducting state. Further, the diode circuit (9) can be excluded from the equivalent circuit because its impedance is infinite as long as the voltage at the end of the turn-on voltage of the diode is applied to both ends of the diode. This point will be described in detail later. In such a state, the output current I S from the excitation power supply (7) is increased at a constant rate with time. When the output current I S reaches the operating current I op , the current increase is stopped, and after a time sufficiently longer than the time constant determined by the inductance of the superconducting coil (1) and the resistance value R N of the permanent current switch superconductor (4). From the permanent current switch (2)
The current of the heater (5) is turned off. As a result, the persistent current switch superconductor (4) is cooled by the refrigerant and eventually becomes superconducting. In this superconducting state, the operating current I op is flowing in the superconducting coil (1), and both ends of the superconducting coil (1) are short-circuited by the superconducting permanent current switch superconductor (4). There is. Therefore, if the output current I S of the excitation power supply (7) is reduced here, the superconducting coil (1) will be operated with a permanent current at the operating current I op . If this process is followed in reverse, the superconducting coil (1) will be demagnetized.
ところで、上述の超電導マグネツトにおいては、永久電
流スイツチ超電導体(4)が熱絶縁物(6)によつて冷
媒から熱絶縁状態になつているので冷却されにくい状態
にある。また、常電導抵抗値RNを大きくするために、通
常永久電流スイツチ超電導体(4)にクラツドされてい
る低抵抗の安定化銅が永久電流スイツチ超電導体(4)
から取り除かれていることなどから、永久電流スイツチ
超電導体(4)は超電導的に不安定であるので、超電導
破壊に対して保護されていなければならない。そこで、
上述の超電導マグネツトにおいては、保護装置であるダ
イオード回路(9)がその保護作用をするようになつて
いる。By the way, in the above-mentioned superconducting magnet, the permanent current switch superconductor (4) is in a heat-insulating state from the refrigerant due to the heat insulator (6), and thus is in a state of being difficult to be cooled. Further, in order to increase the normal conduction resistance value R N , the low resistance stabilized copper, which is usually clad in the persistent current switch superconductor (4), is used as the persistent current switch superconductor (4).
Since the permanent current switch superconductor (4) is superconductingly unstable because it has been removed from the superconductor, it must be protected against superconducting breakdown. Therefore,
In the above-mentioned superconducting magnet, the diode circuit (9), which is a protective device, is adapted to perform its protective action.
次に、保護装置であるダイオード回路(9)について説
明する。このダイオード回路(9)は図示のように逆並
列接続された2個のダイオードから成るが、まず個別の
ダイオードの特性について説明すると、ダイオードの常
温における電圧電流特性は第8図に破線の曲線で示す通
りである。実験に用いたダイオードは三菱電機製FD200B
(平均順電流が112℃において240Aの仕様)であ
る。ダイオードの両端に或る電圧以上の順方向電圧が加
わつてダイオードのインピーダンスが十分に小さくなつ
た状態への遷移を、ここではターンオンと呼ぶことにす
る。同図に示したようにターンオンする順方向電圧であ
るターンオン電圧Vt1は通常1V程度である。超電導コ
イル(1)の励磁電圧(又は消磁電圧)Veは1V以上に
なることが多い。従つて、第6図のように接続したダイ
オード回路(9)を常温で用いると、ダイオードが励磁
電圧Veによりターンオンしてしまい、超電導コイル
(1)はほゞ短絡されるので、超電導コイル(1)を励
磁することができなくなる。ところが、ダイオードを極
低温に冷却すると、その電流電圧特性が第8図の実線の
曲線のようになる。この実線の曲線は液体ヘリウム(L
He)中における実験結果である。すなわち、極低温に
おけるダイオードのターンオン電圧VT2は、常温におけ
るダイオードのターンオン電圧VT1に比べて十分に大き
く、この実験結果では8Vに達している。ダイオードの
順方向電圧がターンオン電圧VT2を越えるとダイオード
電流が流れ始め、電流増加につれて順方向電圧降下は小
さくなる。これらの特性から明らかのように、超電導コ
イル(1)の励磁電圧Veよりダイオード回路(9)のタ
ーンオン電圧を高くしておけば、励磁中又は消磁中のダ
イオードのインピーダンスはほぼ無限大である。従つ
て、励磁中のダイオードへの分流電流はほとんど無く、
超電導コイル(1)を速やかに励磁できる。永久電流ス
イツチ(2)に超電導破壊が生ずると、電圧Iop・RNがダ
イオード回路(9)に加わるが、この電圧は通常極低温
中のダイオードのターンオン電圧VV2に比べて十分大き
く、そのためダイオード回路(9)は直ちにターンオン
される。その結果、永久電流スイツチ(2)に流れてい
た電流のほとんど大部分がダイオード回路(9)にバイ
パスされることになり、永久電流スイツチ(2)はその
焼損が防止されかつそれ自体が保護される。Next, the diode circuit (9) which is a protection device will be described. This diode circuit (9) is composed of two diodes connected in anti-parallel as shown in the figure. First, the characteristics of the individual diodes will be explained. As shown. The diode used for the experiment is FD200B made by Mitsubishi Electric.
(Specification of average forward current of 240 A at 112 ° C.). A transition to a state in which a forward voltage equal to or higher than a certain voltage is applied to both ends of the diode so that the impedance of the diode becomes sufficiently small is referred to as turn-on here. As shown in the figure, the turn-on voltage V t1 which is a forward voltage for turning on is usually about 1V. Superconducting excitation voltage (or demagnetization voltage) V e of the coil (1) is often greater than or equal to 1V. Therefore, if the diode circuit (9) connected as shown in FIG. 6 is used at room temperature, the diode is turned on by the excitation voltage V e , and the superconducting coil (1) is almost short-circuited. It becomes impossible to excite 1). However, when the diode is cooled to an extremely low temperature, its current-voltage characteristic becomes as shown by the solid curve in FIG. This solid curve is for liquid helium (L
It is an experimental result in He). That is, the turn-on voltage V T2 of the diode at an extremely low temperature is sufficiently higher than the turn-on voltage V T1 of the diode at room temperature, and reaches 8 V in this experimental result. When the forward voltage of the diode exceeds the turn-on voltage V T2 , the diode current starts flowing, and the forward voltage drop decreases as the current increases. As is apparent from these characteristics, if a higher turn-on voltage of the diode circuit (9) than the excitation voltage V e of the superconducting coil (1), the impedance of the diode in the excitation or during degaussing is almost infinite . Therefore, there is almost no shunt current to the diode during excitation,
The superconducting coil (1) can be rapidly excited. When the superconducting breakdown occurs in the persistent current switch (2), the voltage I op · R N is applied to the diode circuit (9), which is usually much larger than the turn-on voltage V V2 of the diode at extremely low temperature, The diode circuit (9) is immediately turned on. As a result, most of the current flowing in the permanent current switch (2) is bypassed to the diode circuit (9), so that the permanent current switch (2) is prevented from being burnt out and is protected itself. It
ダイオード回路(9)にはこのように非常に大きな電流
が流れ込むので、複数個のダイオードを並列接続するこ
とによつて電流容量を満足させる方法が用いられること
もある。ところが、液体ヘリウム中におけるダイオード
のターンオン電圧には、本発明者らの実験によれば、か
なりのばらつきがあることが分つている。例えば、同一
のダイオードの両端に電圧の上昇の度合いを全く同一に
して複数回の実験を行つた場合にターンオン電圧のばら
つきは5%程度であり、また同一実験条件下で同一仕様
の別のダイオードについて実験した場合には2個のダイ
オードのターンオン電圧のばらつきは10%程度に達す
る。そこで、第9図にダイオードのばらつきを調べる実
験回路を示した。(15),(16)は各々ダイオード
I,ダイオードIIであり、(17)はダイオードに電圧
を加えていくための直流電圧源、(18)は電流値を制
御するための抵抗である。なお、第9図に示した回路に
よる実験結果を第11図に示し、また第9図中の各ダイ
オードの電圧電流特性を第10図に示す。今、ダイオー
ド両端の電圧の上昇割合がダイオードのターンオン時間
(後述)に比べて十分ゆつくりしている場合について考
える。第10図に示すように、まず電圧がダイオードI
(15)のターンオン電圧V1に達した時点でダイオー
ドI(15)がターンオンする。その結果、ダイオード
I(15)には電流IOが流れ、ダイオード両端の電圧
はV0に低下する。そのためにダイオードII(16)は
全くターンオンすることができない。もしダイオードI
(15)の電流容量がI0/2程度であり、ダイオード2個
の並列回路によつて電流I0を流させるような最適設計
の場合には、上記の状況においてダイオードI(15)
は焼損してしまう。なお、V2はダイオードII(16)
のターンオン電圧である。ダイオードの上記ターンオン
時間とは、ダイオードがターンオンしてそのインピーダ
ンスが十分小さくなり、電流が最大値に達するのまで時
間を云うことにする。実験に用いたダイオードはスタツ
ク型FDS200BG(三菱電機製)である。第11図より、タ
ーンオン時間は2msであることが分る。従つて、このダ
イオードを並列に接続して保護装置として用いる場合に
は、2msという非常に短い時間内にターンオン電圧V2
以上に達する必要がある。すなわち、1個のダイオード
がターンオンする以前に全てのダイオードがターンオン
する電圧以上に印加電圧が上昇していなければならない
わけである。この実験に用いたダイオードよりも小型の
ものになると、ターンオン時間はますます短くなる傾向
がある。Since such a very large current flows into the diode circuit (9), a method of satisfying the current capacity by connecting a plurality of diodes in parallel may be used. However, experiments conducted by the inventors of the present invention have revealed that the turn-on voltage of the diode in liquid helium varies considerably. For example, when an experiment is performed a plurality of times with the same voltage rise across the same diode, the turn-on voltage variation is about 5%, and another diode with the same specifications under the same experiment conditions is used. In the case of the above experiment, the variation of the turn-on voltage of the two diodes reaches about 10%. Therefore, FIG. 9 shows an experimental circuit for examining the variation of the diode. (15) and (16) are a diode I and a diode II respectively, (17) is a DC voltage source for applying a voltage to the diode, and (18) is a resistor for controlling a current value. The experimental results obtained by the circuit shown in FIG. 9 are shown in FIG. 11, and the voltage-current characteristics of each diode in FIG. 9 are shown in FIG. Now, let us consider a case where the rate of increase in the voltage across the diode is sufficiently large compared to the turn-on time of the diode (described later). As shown in FIG. 10, first, the voltage is diode I
When the turn-on voltage V 1 of (15) is reached, the diode I (15) turns on. As a result, the current I O flows through the diode I (15), and the voltage across the diode drops to V 0 . Therefore, diode II (16) cannot be turned on at all. If diode I
(15) a current capacity I 0/2 about the case optimum design that causes shed connexion current I 0 by the two diodes of the parallel circuit, the diode in the above situation I (15)
Will burn out. V 2 is a diode II (16)
Is the turn-on voltage of. The above-mentioned turn-on time of the diode means the time until the diode turns on and its impedance becomes sufficiently small, and the current reaches the maximum value. The diode used in the experiment is a stack type FDS200BG (manufactured by Mitsubishi Electric). From FIG. 11, it can be seen that the turn-on time is 2 ms. Therefore, when the diodes are connected in parallel and used as a protection device, the turn-on voltage V 2 is reduced within a very short time of 2 ms.
Need to reach more. That is, the applied voltage must be higher than the voltage at which all the diodes turn on before one diode turns on. The smaller the diodes used in this experiment, the shorter the turn-on time tends to be.
ダイオードの両端に加わる電圧はIop・RNである。Iopは
永久電流運転中はほぼ一定の電流値である。しかし、RN
は永久電流スイツチ(2)のヒータ(5)に通電を始め
たあと時間の関数として増加しながら最終値RNに達す
る。永久電流スイツチ(2)が永年使用され、その熱絶
縁物(6)にクラツクが入ることがよくあるが、このよ
うな場合には抵抗値RNに達するまで更に長い時間を要
する。上述の状況下では、ダイオードの両端に加わる電
圧の上昇率が著しく低下してゆき、数msというダイオー
ドのターンオン時間以上になることがある。The voltage across the diode is I op · R N. I op is a constant current value during the permanent current operation. But R N
Reaches a final value R N, which increases as a function of time after starting to energize the heater (5) of the permanent current switch (2). The permanent current switch (2) is often used for many years, and cracks often occur in its thermal insulator (6). In such a case, it takes a longer time to reach the resistance value R N. Under the above-mentioned circumstances, the rate of rise of the voltage applied to the both ends of the diode may decrease significantly, and may exceed the turn-on time of the diode of several ms.
従来の保護装置は以上のように構成されているので、電
圧の上昇率が著しく高いような回路においてしか使用で
きず、永久電流スイツチの超電導体の常電導抵抗の増加
率に著しい制限が加わる問題点があつた。Since the conventional protection device is configured as described above, it can only be used in circuits where the rate of voltage rise is extremely high, and the rate of increase of the normal resistance of the superconductor of the persistent current switch is significantly limited. There was a point.
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、電圧上昇率が著しく低い場合でも使用できる
保護装置を得ることを目的としている。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain a protection device that can be used even when the rate of voltage rise is extremely low.
また、この発明の別の発明は、上記目的に加えて、複数
個のダイオードをほとんど同時にターンオンできる保護
装置を得ることを目的としている。Another object of the present invention is, in addition to the above object, an object of the invention is to provide a protection device capable of turning on a plurality of diodes almost simultaneously.
この発明に係る保護装置は、1つの電流方向に複数個の
ダイオードを密接して並列接続し、ダイオードを熱伝導
体で連結したものである。In the protection device according to the present invention, a plurality of diodes are closely connected in parallel in one current direction, and the diodes are connected by a heat conductor.
また、この発明の別の発明に係る保護装置は、上記のも
のにおいて、熱伝導体を熱絶縁物で取り囲んだものであ
る。Further, a protective device according to another invention of the present invention is the above one, in which a heat conductor is surrounded by a heat insulator.
この発明における保護装置は、ターンオンしたダイオー
ドの通電電流によるジユール熱をターンオンしないダイ
オードに加えることにより、後者のダイオードのターン
オン電圧を低下させる。The protection device according to the present invention lowers the turn-on voltage of the latter diode by applying the heat generated by the current of the turned-on diode to the diode that does not turn on.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、(1)〜(2)、(4)〜(8)および
(10)は第6図について説明したものと全く同じであ
る。ダイオード回路(9A)は、第6図のダイオード回
路(9)と違い、励磁電流Icの向きを固定した場合例
えば励磁電源(7)を図示の極性(実戦)に接続した場
合には、同一定格の複数個例えば2個のダイオードを同
一方向(これらダイオードの順方向を仮にA方向と呼ぶ
ことにする。)に密接して並列接続したダイオード組
(31a)を含む。励磁電源(7)の極性を逆にした
(点線)場合には、ダイオード組(31a)と全く同一
の構成であるが、ダイオードの順方向をA方向とは逆に
したダイオード組(31b)が接続される。更に、互に
逆並列接続された2組のダイオード組(31a)および
(31b)を用いた場合には、励磁電源(7)の極性ひ
いては励磁電流の向きを全く気にかける必要がない。ま
た、(32)は熱伝導体例えば銅ブロツクであり、この
銅ブロツク(32)は各ダイオード組の複数個のダイオ
ードに密接してこれらダイオードを取り囲むように設置
されている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First
In the figure, (1) to (2), (4) to (8) and (10) are exactly the same as those described in FIG. Unlike the diode circuit (9) of FIG. 6, the diode circuit (9A) is the same when the direction of the exciting current I c is fixed, for example, when the exciting power source (7) is connected to the polarity (actual battle) shown in the figure. It includes a diode set (31a) in which a plurality of rated diodes, for example, two diodes are closely connected in parallel in the same direction (the forward direction of these diodes is tentatively referred to as A direction). When the polarity of the excitation power source (7) is reversed (dotted line), the diode group (31a) has exactly the same configuration, but the diode group (31b) in which the forward direction of the diode is opposite to the A direction is Connected. Furthermore, when two diode groups (31a) and (31b) connected in anti-parallel with each other are used, it is not necessary to care about the polarity of the excitation power source (7) and hence the direction of the excitation current. Further, (32) is a heat conductor, for example, a copper block, and this copper block (32) is installed so as to be in close contact with a plurality of diodes of each diode group and surround these diodes.
第2図はフラバツク型ダイオードを用いたダイオード回
路(9A)の側面図であり、そして第3図はダイオード
組(31a)および銅ブロツク(32)の断面図であ
る。図において、(33)はダイオード組(31a),
(31b)の冷却フイン、(34)は絶縁物、(35)
はリード線である。図中の矢印はダイオードがターンオ
ンした場合の順方向電流の方向を示している。冷却フイ
ン(33)は導電性金属であるアルミニウム又は銅等を
使用して作られているので、各ダイオードへの電流は冷
却フイン(33)を介して与えられる。FIG. 2 is a side view of a diode circuit (9A) using a flava type diode, and FIG. 3 is a sectional view of a diode set (31a) and a copper block (32). In the figure, (33) is a diode group (31a),
(31b) cooling fin, (34) insulator, (35)
Is a lead wire. The arrow in the figure indicates the direction of forward current when the diode is turned on. Since the cooling fins (33) are made of a conductive metal such as aluminum or copper, the current to each diode is given through the cooling fins (33).
今、例えばダイオード組(31a)のうちの1個のダイ
オードだけがターンオンした場合を想定すれば、(この
状況が発生する原因は前述した。)、並列接続された全
てのダイオードがターンオンして超電導コイル(1)の
運転電流を分担して負担する設計であるから、1個のダ
イオードに電流が集中するとそのダイオードが著しくジ
ユール加熱される。その結果、電流の流れているダイオ
ードは第8図の破線の特性を呈するが、電流の流れてい
ないダイオードが依然として第8図の実線の特性を呈し
続ける。しかし、ジユール加熱によつて発生した熱は銅
ブロツク(32)を介して電流の流れていないダイオー
ドに伝わる。その結果、ダイオード組(31a)の2個
のダイオードは第4図のような特性をもつ。この第4図
において、曲線は最初にターンオンして大電流が流れ
ているダイオード、曲線は銅ブロツク(32)を介し
てジユール熱が伝わつてきたためにダイオードの温度が
上昇した結果、まだターンオンしていないダイオードに
現われた電圧電流特性、そして曲線は曲線のダイオ
ードの温度が更に上昇した場合の特性である。Assuming now, for example, that only one diode in the diode group (31a) is turned on (the cause of this situation has been described above), all the diodes connected in parallel turn on and the superconductivity increases. The design is such that the operating current of the coil (1) is shared and borne, and if the current is concentrated on one diode, that diode will be remarkably heat-juiled. As a result, the diode through which the current flows exhibits the characteristic indicated by the broken line in FIG. 8, while the diode through which the current does not flow still exhibits the characteristic indicated by the solid line in FIG. However, the heat generated by the juule heating is transmitted to the diode in which no current flows through the copper block (32). As a result, the two diodes of the diode group (31a) have the characteristics shown in FIG. In FIG. 4, the curve is the diode that is turned on first and a large current flows, and the curve is that the diode temperature rises due to the heat transfer from the copper through the copper block (32), and the diode is not turned on yet. The voltage-current characteristics appearing in the non-exposed diode, and the curve is the characteristic when the temperature of the diode in the curve is further increased.
全てのダイオードがターンオンした場合の動作点は点
である。ところが、ここでは2個のダイオードのうちの
1個がターンオンしなかつたせいで、電流が流れている
ダイオードの動作点は点の2倍の電流値に相当する
点となつた。通常の2倍の電流が流れたダイオードは通
電電流が著しく大きいために、ジユール加熱により高温
となる。この熱が銅ブロツク(32)を介してターンオ
ンしていないダイオードに伝わり、電流が流れていない
ダイオードは、ターンオン電圧が著しく下がつて曲線
の特性をもつので、大電流が流れているダイオードの電
圧降下によつてターンオンされる。曲線のターンオン
電圧が曲線のターンオン電圧よりも高いのは、曲線
のダイオードの方が曲線のダイオードよりも低温であ
るためである。何故ならば、銅ブロツク(32)を熱が
伝わる間に或る程度の熱が放散されるからである。2個
のダイオードが全てターンオンした直後の各ダイオード
の動作点はとである。しかし、ダイオードに電流が
流れ込んだことによるジユール熱の発生によつて曲線
は曲線に近づこうとし、最終的には曲線の状態とな
り、動作点はそれぞれ点,点となる。これら一連の
動作は極めて短時間に完了するので、過電流によるダイ
オードへの影響はほとんどない。The operating point is a point when all the diodes are turned on. However, here, one of the two diodes did not turn on, and the operating point of the diode through which the current was flowing was a point corresponding to a current value twice the point. The diode, which has a current twice as high as usual, has a remarkably large energizing current, so that the diode is heated to a high temperature. This heat is transferred to the diode which is not turned on through the copper block (32), and the diode which does not flow current has a characteristic that the turn-on voltage is remarkably lowered and the curve of the diode is flowing a large current. It is turned on by the descent. The curve turn-on voltage is higher than the curve turn-on voltage because the curved diode is cooler than the curved diode. This is because a certain amount of heat is dissipated while the heat is transmitted through the copper block (32). The operating points of the respective diodes immediately after the two diodes are all turned on are and. However, the curve tries to approach the curve due to the generation of juule heat due to the current flowing into the diode, and finally the curve becomes the state, and the operating points become points and points, respectively. Since these series of operations are completed in an extremely short time, the diode is hardly affected by the overcurrent.
第5図にこの発明の第2の発明の一実施例を示す。図
中、(36)はダイオードの熱絶縁物であり、銅ブロツ
ク(32)の周囲にこの銅ブロツク(32)と密接して
とりつけられている。この熱絶縁物(36)を設置した
ことにより、ターンオンしたダイオードのジユール発熱
は、銅ブロツク(32)の周囲からほとんど放熱される
ことなく、ターンオンしていないダイオードに伝わる。
従つて、ターンオンが遅れたダイオードの電圧電流特性
は先にターンオンしたダイオードとほとんど同じにな
り、各ダイオードの分流電流のアンバランスは極めて小
さくなる。よつて、電流容量が小さいダイオードを使用
できるので、価格が低価格となる上、装置が小型、軽量
となるという効果がある。また、ターンオンが遅れたダ
イオードを或る温度まで上昇させる時間が短いので、タ
ーンオンに至るまでの時間も短くなる。従つて、先にタ
ーンオンしたダイオードに過負荷が加わつている時間が
短く、ダイオードの寿命を著しく延ばすことができる効
果もある。FIG. 5 shows an embodiment of the second invention of the present invention. In the figure, (36) is a thermal insulator of the diode, which is attached around the copper block (32) in close contact with the copper block (32). Due to the provision of this thermal insulator (36), the heat generated by the diode of the turned-on diode is transmitted to the diode which is not turned-on with almost no heat radiation from the periphery of the copper block (32).
Therefore, the voltage-current characteristic of the diode whose turn-on is delayed becomes almost the same as that of the diode which turned on earlier, and the imbalance of the shunt currents of the respective diodes becomes extremely small. Therefore, since a diode having a small current capacity can be used, there is an effect that the price is low and the device is small and lightweight. Further, since the time required to raise the diode whose turn-on has been delayed to a certain temperature is short, the time required to reach the turn-on is shortened. Therefore, the time during which the diode that has been turned on earlier is overloaded is short, and the life of the diode can be remarkably extended.
以上のように、この発明によれば、複数個のダイオード
を銅ブロツクにより熱的に結合したので、ダイオードの
ターンオン電圧にばらつきがあつて、全部のダイオード
がターンオンしない場合にも、ダイオードの焼損事故は
全く起こらず、ターンオンしないダイオードを直ちにタ
ーンオンできる。従つて、保護装置として必要な信頼性
が著しく高いものが得られる効果がある。As described above, according to the present invention, since a plurality of diodes are thermally coupled by the copper block, even if all the diodes do not turn on due to variations in the turn-on voltage of the diodes, the burnout accident of the diodes will occur. Nothing happens and you can immediately turn on the diode that does not turn on. Therefore, there is an effect that a requisite highly reliable protective device can be obtained.
第1図はこの発明の一実施例による保護装置を示す回路
図、第2図は第1図に示した保護装置の側面図、第3図
は第2図の線A−Aにおける保護装置一部の側断面図、
第4図はこの発明の保護装置の電圧電流特性曲線図、第
5図は第2の発明の一部の側断面図、第6図は超電導マ
グネツトおよび従来の保護装置を示す回路図、第7図は
永久電流スイツチが常電導状態にある超電導マグネツト
の等価回路図、第8図は従来装置のダイオードの電圧電
流特性曲線図、第9図はダイオードの動作試験回路図、
第10図は第9図の回路中の各ダイオードの電圧電流特
性曲線図、第11図はダイオードのターンオン特性の実
験結果を示すグラフ図である。 (9A)……ダイオード回路、(31a)と(31b)
……ダイオード組、(32)……銅ブロツク、(36)
……ダイオードの熱絶縁物。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a circuit diagram showing a protection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the protection device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a protection device taken along line AA in FIG. Side sectional view of the part,
FIG. 4 is a voltage-current characteristic curve diagram of the protection device of the present invention, FIG. 5 is a side sectional view of a part of the second invention, FIG. 6 is a circuit diagram showing a superconducting magnet and a conventional protection device, and FIG. Fig. 8 is an equivalent circuit diagram of a superconducting magnet in which the persistent current switch is in the normal conducting state, Fig. 8 is a voltage-current characteristic curve diagram of the diode of the conventional device, and Fig. 9 is an operation test circuit diagram of the diode.
FIG. 10 is a voltage-current characteristic curve diagram of each diode in the circuit of FIG. 9, and FIG. 11 is a graph diagram showing an experimental result of the turn-on characteristic of the diode. (9A) ... Diode circuit, (31a) and (31b)
...... Diode set, (32) …… Copper block, (36)
...... The heat insulator of the diode. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (5)
イオード回路を互に並列接続すると共に極低温容器に収
容し、かつこの並列接続体に前記超電導コイルのための
励磁電源を並列接続した超電導マグネツトにおいて、前
記ダイオード回路は、複数個のダイオードを同一電流方
向に密接して並列接続したダイオード組と、このダイオ
ード組の前記複数個のダイオードに密接してこれらダイ
オードを取り囲んだ熱伝導体とから成ることを特徴とす
る超電導マグネツトの保護装置。1. A superconducting magnet in which a superconducting coil, a persistent current switch and a diode circuit are connected in parallel to each other and are housed in a cryogenic container, and an exciting power source for the superconducting coil is connected in parallel to the parallel connected body. The diode circuit is composed of a diode group in which a plurality of diodes are closely connected in parallel in the same current direction, and a heat conductor which is in close contact with and surrounds the plurality of diodes of the diode group. Characteristic superconducting magnet protector.
ード組の接続方向も逆にした特許請求の範囲第1項記載
の超電導マグネツトの保護装置。2. A protection device for a superconducting magnet according to claim 1, wherein the polarities of the excitation power supplies are reversed and the connecting directions of the diode groups are also reversed.
2組のダイオード組を含む特許請求の範囲第1項記載の
超電導マグネツトの保護装置。3. A superconducting magnet protector according to claim 1, wherein the diode circuit includes two diode sets which are connected in anti-parallel with each other.
囲第1項ないし第3項のいずれか記載の超電導マグネツ
トの保護装置。4. A superconducting magnet protection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat conductor is a copper block.
イオード回路を互に並列接続すると共に極低温容器に収
容し、かつこの並列接続体に前記超電導コイルのための
励磁電源を並列接続した超電導マグネツトにおいて、前
記ダイオード回路は、複数個のダイオードを同一電流方
向に密接して並列接続したダイオード組と、このダイオ
ード組の前記複数個のダイオードに密接してこれらダイ
オードを取り囲んだ熱伝導体と、この熱伝導体に密接し
て前記熱伝導体を取り囲んだ熱絶縁物とから成ることを
特徴とする超電導マグネツトの保護装置。5. A superconducting magnet in which a superconducting coil, a permanent current switch and a diode circuit are connected in parallel with each other and are housed in a cryogenic container, and an exciting power source for the superconducting coil is connected in parallel to the parallel connected body. The diode circuit includes a diode group in which a plurality of diodes are closely connected in parallel in the same current direction, a heat conductor that closely surrounds the plurality of diodes of the diode group, and a heat conductor of the diode. A protective device for a superconducting magnet, which comprises a heat insulator closely surrounding the body and surrounding the heat conductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60008422A JPH0640531B2 (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Superconducting magnet protector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60008422A JPH0640531B2 (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Superconducting magnet protector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61168905A JPS61168905A (en) | 1986-07-30 |
| JPH0640531B2 true JPH0640531B2 (en) | 1994-05-25 |
Family
ID=11692690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60008422A Expired - Lifetime JPH0640531B2 (en) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | Superconducting magnet protector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640531B2 (en) |
-
1985
- 1985-01-22 JP JP60008422A patent/JPH0640531B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61168905A (en) | 1986-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4295189B2 (en) | Superconducting resistance type current limiter | |
| US4336444A (en) | Apparatus and method for converting electrical energy into heat energy | |
| JPS62138021A (en) | Ac current limiter | |
| JPS59144106A (en) | Protection device for superconducting magnet coil device | |
| US6809910B1 (en) | Method and apparatus to trigger superconductors in current limiting devices | |
| JPH0576162B2 (en) | ||
| GB2423871A (en) | Superconducting magnet with divided coils and quench protection | |
| US20150255200A1 (en) | Fast Superconducting Switch for Superconducting Power Devices | |
| CN116982127A (en) | Superconducting magnet devices, NMR devices and MRI devices | |
| EP0395940B1 (en) | Apparatus for Propagating a quench in a superconducting magnet | |
| JPH0640531B2 (en) | Superconducting magnet protector | |
| JPS6353682B2 (en) | ||
| US4636906A (en) | Solid state circuit interruption employing a stored charge power transistor | |
| JP2000014173A (en) | Fault resistance power supply circuit | |
| US6335851B1 (en) | Current-limiting device | |
| JP2004186524A (en) | Superconducting magnet device and superconducting transformer | |
| JP2850810B2 (en) | Superconducting current limiting device | |
| JP3045165B1 (en) | Current limiting device | |
| JP2679020B2 (en) | Superconducting device and thermal permanent current switch | |
| JP2003109816A (en) | Protection circuit for superconducting magnet equipment | |
| JPH04125021A (en) | Superconducting magnet protector | |
| JP3284656B2 (en) | Current lead using oxide superconductor | |
| JPH0432615B2 (en) | ||
| JP2853347B2 (en) | Current lead of superconducting magnet device | |
| JPH09233691A (en) | Overcurrent protection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |