JPH069174B2

JPH069174B2 - 超電導コイル装置

Info

Publication number: JPH069174B2
Application number: JP2112989A
Authority: JP
Inventors: 茂明林; 陽一郎阿部; 勝義豊田; 靖彦細川; 直寛土岐
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Kansai Denryoku KK
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPH02202004A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、新規な保護装置を備えた超電導コイル装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は文献萩原宏康編著「応用超電導」（日刊工業新
聞社刊）に示された従来の超電導コイル装置の一例を示
す回路図である。第６図はコイルにクエンチが発生した
ときの電圧，電流等の時間的変化を示す説明図であり、
(a)図はコイル電圧、(b)図は同じく電流、(c)図はクエ
ンチを検出するブリッジ回路（後述）の出力電圧（ブリ
ッジ電圧）の時間的変化を示すものである。第５図にお
いて、(1)は直流電源、(2)は直流電源(1)の負荷側に設
けられた遮断器、(2a)は遮断器(2)の引き外しコイル、
(3)は遮断器(2)を介して直流電源(1)により励磁される
超電導体のコイルであり、ほぼ同じインダクタンスを有
する第１及び第２のコイル(3a)，(3b)が直列に接続され
て構成されており、第１及び第２のコイル(3a)，(3b)の
接続点に一方の出力端子(4a)を設けている。(5a)，(5b)
はインピーダンス素子、本例では夫々同じ値を有する抵
抗器であり、図のように各々が直列に接続された中間点
に他方の出力端子(4b)を設けたものがコイル(3)と並列
に接続されて、コイル(3a)，(3b)と抵抗器(5a)，(5b)と
により出力端子(4a)，(4b)を有するブリッジ回路(6)を
構成している。このブリッジ回路(6)は、コイル(3a)と
(3b)がほぼ等しいインダクタンスを有するようにされて
いるので、コイル(3a)，(3b)のインダクタンス分の影響
は相殺されて出力端子(4a)，(4b)間の電圧（以下ブリッ
ジ電圧という）としては表れずコイル(3a)又は(3b)にク
エンチが発生するとクエンチ部の電圧がブリッジ電圧と
して表れるようにされている。(7)は電圧検出装置であ
り、増巾器(7a)と電圧リレー(7b)とで構成されてブリッ
ジ回路(6)のブリッジ電圧が所定値を越えたときに信号
を発して引き外しコイル(2a)により遮断器(2)を開放す
る。(8)はコイル(3)に並列に接続され、コイル(3)にク
エンチが発生した時にコイル(3)のエネルギをジュール
熱として消費する保護抵抗である。

上記のように構成された超電導コイル装置において、例
えば、コイル(3a)の部分(A)にクエンチが発生した場合
の動作について第６図により説明する。遮断器(2)を開
成して直流電源(1)によりコイル(3)を一定の電圧Ｅ
〔V〕で励磁する（第６図(a)）。コイル(3)のインダク
タンスをＬ〔H〕とすると、コイル電流は式Ｅ＝di/dtに
従って一定の割合で増加する。例えば、インダクタンス
１〔H〕のコイル(3)に、16.7〔V〕の直流電圧を印加す
ると1000〔Ａ／分〕（16.7〔A/s〕）の割合で第６図(b)
に示されるように電流が増加する。このときのブリッジ
電圧を第６図(c)に示すが、ブリッジ回路を構成する各
インピーダンス素子、すなわちコイル(3a)，(3b)、抵抗
器(5a)，(5b)の値を完全にバランスさせることは困難な
のでブリッジ回路のアンバランスが生じ、コイル(3)の
励磁中このアンバランスによる微小な残存電圧（ΔV0
〔mV〕）が存在している。ここで、時刻T1においてコイ
ル(3a)の部分(A)においてクエンチが発生し始めると、
該部分に抵抗が生じて図示のようなブリッジ電圧が発生
する。時刻T2にブリッジ電圧が所定値ΔV1〔mV〕を越
え、このΔV1〔mV〕を越えた状態が所定時間ΔＴ〔s〕
続いて時刻T3に至ったとき、電圧検出装置(7)が動作し
て信号を発して遮断器(2)を開放してコイル(3)の励磁を
停止する。遮断器(2)の開放によりコイル(3)の電流は第
６図(b)に示されるように急激に減少するのでコイル(3)
の電圧は第６図(a)に示されるように急激に変化して極
性が反転する。この電圧が保護抵抗(8)に印加されてコ
イル(3)に蓄えられたエネルギはジユール熱として消費
され、コイル(3)の電圧は減少して最後は零となる。

なお、上記従来例において、コイル(3a)，(3b)のクエン
チの検出にブリッジ回路(6)を使用しているのはコイル
(3a)，(3b)に発生する微小なクエンチ部の電圧を感度良
く検出して早期にコイル(3)のエネルギを外部に放出す
るためであり、安定性の良いコイルにおいてはクエンチ
時の発生電圧が小さいので特に必要性の高いものであ
る。なお、図示していないが電源側にはある程度のイン
ピーダンスが存在し、クエンチが発生するとコイルの電
圧が変化するので上記のようなブリッジ回路(6)を用い
ないでこの変化を検出して保護することも可能である。
コイルの励磁電圧常時重畳されているので検出感度が低
いが、密巻きコイルのようにクエンチ後即座に大きな電
圧が発生する場合などに用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超電導コイル装置は上記のように構成されている
ので、第５図の直流電源(1)の代りにサイリスタなどの
スイッチ素子を使用した直流チョッパ回路を使用したパ
ルス励磁方式によりコイルを励磁する場合、ブリッジ回
路(6)には、上述のようにアンバランスによる残存電圧
が存在しているので、コイルが正常であつてもこの残存
電圧が周期的に大きなブリッジ電圧として表われ、コイ
ルのクエンチ発生を感度良く検出することは困難であ
る。この場合のコイル電圧，電流，ブリッジ電圧の変化
を示す説明図である第７図により、具体的に説明する。
コイル(3)には(a)図に示されるように周期的にパルス状
電圧E1〔V〕が印加され、コイル(3)の電流は(b)図に示
されるように電圧E1を印加するごとに増加して行く。一
方、ブリッジ電圧として第７図(c)に示される如くパル
ス状電圧E1〔V〕が印加されたときの残存電圧ΔV3〔m
V〕が周期的に発生している。この場合の直流チョッパ
回路のオン時間比を10％とすると第６図の従来例で連続
的に励磁する場合に相当するパルス状電圧は10倍とな
り、残存電圧ΔV3〔mV〕は従来の残存電圧ΔV0〔mV〕に
対して10倍となつている。従って、この残存電圧ΔV3
〔mV〕で動作しないように電圧検出装置(7)の動作設定
値をこの分だけバイアスされた高い値にしなければなら
ない。この場合、第５図に示されるコイル(3a)の部分
(A)にクエンチが発生すると第７図(d)に示されるような
ブリッジ電圧が発生する（第７図は第６図より時間軸を
拡大している）が、電圧検出装置(7)の設定値は上記理
由により残存電圧ΔV3〔mV〕分バイアスされているの
で、せつかくブリッジ回路(6)を使つたにもかかわらず
クエンチの検出感度が低くなつてしまうという問題点が
あった。

さらに、コイルのクエンチの検出をブリッジ回路を用い
ないでコイルの電圧の変化を検出する方式の場合は、上
述のパルス状電圧T1〔V〕がブリッジ回路の残存電圧と
してではなく直接重畳されるのでさらに検出感度が低下
し、有効な保護ができないので、この方式を採用するこ
とができなかった。この発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、コイルの励磁電圧の大小
に左右されず感度が良く確実にコイルのクエンチを検出
して保護できる保護装置を備えた超電導コイル装置を得
ることを目的とする。また、クエンチ部の電圧の検出に
ブリッジ回路を用いてもブリッジ回路のアンバランスが
検出感度を低下させないようにされた感度の良い保護装
置を有する超電導コイル装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明における超電導コイル装置は、直流チョッパ回
路により超電導体のコイルを励磁し、この直流チョッパ
回路の開閉と同期して上記直流チョッパ回路が開のとき
上記コイルの電圧を検出する電圧検出手段及びこの電圧
検出手段の検出電圧に基づき動作して上記超電導体のコ
イルの励磁を停止する保護手段を設けたものである。

また、上記コイルをインピーダンス素子として含み上記
コイルのクエンチを電圧として出力するようになされた
ブリッジ回路を用い、上記直流チョッパ回路の開閉と同
期して上記直流チョッパ回路が開のとき上記ブリッジ回
路の上記電圧を検出する電圧検出手段及びこの電圧検出
手段の検出電圧に基づき動作して上記超電導体のコイル
の励磁を停止する保護手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明における電圧検出手段は、直流チョッパ回路が
開のときのコイルの電圧を検出するので、上記コイルの
励磁中の電圧の値の影響が上記検出値に表われず、直流
電圧の大小に左右されず感度の良いクエンチの検出が可
能である。また、クエンチ部の電圧の検出に用いられる
ブリッジ回路のアンバランスが電圧検出手段の検出値に
表われないのでブリッジ回路を用いて高感度にクエンチ
の検出が可能である。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
図において、(2)〜(8)は第５図の従来装置と同様である
ので説明を省略する。(11)は一定電圧を供給する直流電
源、(12)はこの直流電源(11)に接続され所定周期で回路
を開閉する直流チョッパ回路、(13)は直流チョッパ回路
(12)から同期信号を受けて直流チョッパ回路が開のとき
にブリッジ回路(6)のブリッジ電圧を検出する電圧検出
手段で本例ではゲートを開いたときのみブリッジ電圧を
取り出すサンプリング回路(13a)と増巾器(13b)とで構成
されている。(14)は電圧検出手段(13)の検出電圧に基づ
き動作して遮断器(2)を開放してコイル(3)の励磁を停止
する保護手段であり、本例では電圧検出手段(13)の検出
電圧すなわちサンプリング電圧が所定値を越える回数を
計数するカウンタ(14a)とこのカウンタ(14a)の計数値が
所定値を越えたとき動作して遮断器(2)へ開放信号を発
する引き外し信号回路(14b)により構成されている。

次に、動作について説明する。第２図はコイル(3a)の部
分(A)にクエンチが発生したときの電圧，電流等の変化
を示す説明図である。(a)図に示されらるようにコイル
(3)は直流チョッパ回路の開閉により周期的にパルス状
電圧E1により励磁される。コイル(3)の電流はパルス状
電圧E1が印加されるごとに(b)図に示されるように増加
して行く。電圧検出手段(13)は直流チョッパ回路(12)と
同期してパルス状電圧E1が印加されていないときにサン
プリング回路(13a)のゲートを開いてブリッジ電圧を取
り出し、増巾器(13b)により増巾してサンプリング電圧
としてカウンタ(14a)へ出力する。従って時刻T1におい
てコイル(3a)の部分(A)にクエンチが発生してクエンチ
部の電圧が時間とともに増大する場合、サンプリング電
圧は(c)図に示されるように変化し、設定電圧ΔV1を越
えるごとに(d)図に示されるようにカウンタ(14a)が計数
する。このカウンタ(14a)の計数値が所定値を越えたと
きに、引き外し信号回路(14b)が動作して遮断器(2)へ開
放信号を発して遮断器(2)を開放してコイル(3)の励磁を
停止する。このとき、コイル(3)に蓄えられているエネ
ルギは第５図の従来例と同様、保護抵抗(8)により消費
される。なお、上記でカウンタ(14a)が所定値計数した
後に引き外し信号回路(14a)が動作するようにしている
のは、ノイズによりカウンタ(14a)が誤カウントした場
合に誤って直ちに遮断器(2)を開放しないようにするた
めである。

第３図はこの発明の他の実施例を示すブロック図であ
り、クエンチ部の電圧の検出にブリッジ回路を用いずに
コイル(3)の電圧を直接検出するものである。図におい
て、(23)は直流チョッパ(12)から同期信号を受けて直流
チョッパ回路(12)が開のときにコイル(3)の電圧を検出
する電圧検出手段であり、ゲートを開いたときにコイル
(3)の電圧を取り出すサンプリング回路(23a)と増巾器(2
3a)とで構成されている。(24)は電圧検出手段(23)の検
出電圧に基づき動作して遮断器(2)を開放してコイル(3)
の励磁を停止する保護手段で、本例では積分回路(24a)
と電圧リレー(24b)とで構成されている。

次にこの実施例の動作について説明する。第４図はコイ
ルにクエンチが発生した場合の電圧，電流等の変化を示
す説明図であり、コイル(3)に加えられる電圧及び電流
については第２図(a)，(b)と同様である。サンプリング
回路(23a)により直流チョッパ回路(12)が開のときにゲ
ートを開いてコイル(3)の電圧を取り出し増巾器(23b)に
より増巾してサンプリング電圧として出力する。このサ
ンプリング電圧は例えば時刻T1においてコイル(3a)の部
分(A)にクエンチが発生して時間とともに増大する場合
(c)図に示されるように変化する。このサンプリング電
圧を積分回路(24a)により積分して出力し、所定値ΔV4
〔V〕になつたときに電圧リレー(24b)が動作して遮断器
(2)を開放する。

なお、第１図の実施例においては、コイル(3)を２個の
コイル(3a)，(3b)により構成して１組のブリッジ回路
(6)，電圧検出手段(13)，保護手段(14)で行うものを示
したが、コイル(3)をさらに多くのコイルに区分して複
数組のブリッジ回路，電圧検出手段，保護手段を設けて
保護するようにしても同様の効果を奏する。

また、第３図の実施例においても、例えばコイル(3)を
構成するコイル(3a)，(3b)ごとに電圧検出手段(23)，保
護手段(24)を設けても良い。なお、保護手段(14)，(24)
の動作により遮断器(2)を開放せず、直流電源(11)側で
励磁を停止してもよい。この場合、遮断器(2)を省略す
ることもできる。

又、電圧検出手段(13)，(23)のための同期信号を直流チ
ョッパ回路(12)から受信してサンプリングを行うものに
ついて示したが、コイル(3)又はこれを構成するコイル
(3a)，(3b)等の電圧を検出して励磁電圧の有無を判断し
てサンプリングを行っても良いし、サンプリング時間の
巾は任意に設定して良い。なお、直流チョッパ回路の開
閉時間比の調整法はパルス幅変調，パルス周波数変調い
ずれでも良く、さらに時間的に規則性を有しない開閉で
あつてもこの発明を適用できるし、電圧検出手段，保護
手段の構成はこの発明の目的を損なわない範囲で任意に
選んで良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば直流チョッパ回路によ
り超電導体のコイルを励磁し、この直流チョッパ回路の
開閉と同期して直流チョッパ回路が開のときに上記コイ
ルの電圧を検出するようにしたので、励磁電圧の大きさ
の影響を受けず、感度の高いクエンチの検出が可能とな
り、早期に確実な保護ができる。

従って、コイルのクエンチ部の電圧の検出にブリッジ回
路を用いなくとも充分に高い感度でクエンチを検出で
き、この場合、コイルの中間部にブリッジ回路を構成す
るための出力端子を設けなくて良いので、クエンチ発生
時にこの出力端子に異常電圧が発生してコイルを焼損す
る虞れもなくなる。

また、クエンチ部の電圧の検出にブリッジ回路を用いた
場合にブリッジ回路を構成するインピーダンス素子の値
のアンバランスに対処するために保護手段の動作値を高
くすることを要せず、感度の良いクエンチの検出が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はコイルにクエンチが発生したときの電圧，電流等の変
化を示す説明図、第３図はこの発明の他の実施例を示す
ブロック図、第４図はクエンチが発生したときの電圧，
電流等の変化を示す説明図、第５図は従来の超電導コイ
ル装置の一例を示す回路図、第６図はクエンチが発生し
たときの電圧，電流等の変化を示す説明図、第７図は直
流チョッパ回路により超電導体のコイルを励磁した場合
の電圧，電流等の変化を示す説明図である。図において、(3)は超電導体のコイル、(3a)，(3b)は第
１及び第２のコイル、(6)はブリッジ回路、(12)は直流
チョッパ回路、(13)，(23)は電圧検出手段、(14)，(24)
は保護手段である。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

フロントページの続き (72)発明者豊田勝義兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号三菱電機株式会社神戸製作所内 (72)発明者細川靖彦兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号三菱電機株式会社制御製作所内 (72)発明者土岐直寛兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号三菱電機株式会社制御製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流チョッパ回路、この直流チョッパ回路
に接続されて励磁される超電導体のコイル、上記直流チ
ョッパ回路の開閉と同期して上記直流チョッパ回路が開
のとき上記コイルの電圧を検出する電圧検出手段及びこ
の電圧検出手段の検出電圧に基づき動作して上記励磁を
停止する保護手段を備えた超電導コイル装置。
【請求項２】直流チョッパ回路、この直流チョッパ回路
に接続されて励磁される超電導体のコイル、上記コイル
をインピーダンス素子として含み上記コイルのクエンチ
を電圧として出力するようにされたブリッジ回路、上記
直流チョッパ回路の開閉と同期して上記直流チョッパ回
路が開のとき上記ブリッジ回路の上記電圧を検出する電
圧検出手段及びこの電圧検出手段の検出電圧に基づき動
作して上記励磁を停止する保護手段を備えた超電導コイ
ル装置。