Устройство секционированной сверхпроводящей неоднородной магнитной системы с тепловой защитой

 

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 1<SP POS="POST">1</SP> и концу последней 1<SP POS="POST">п</SP> секций магнитной системы, а сигнал разбаланса снимается с диагонали моста (точки 7 и 8) и подается на входы блока с управления 6. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

8Х И:HA) gg (; "„(б .„б if,4Þ

Б,:Б,,!49: Г Р4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изоБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4287786/24-07 (22) 21.06.87 (46) 15.09.89. Бюл. И- 34 (72) С.М.Микляев, И.И.Сурин и С.A.Øåâ÷åíêo (53) 621.316.925 (088.8) (56) Высоцкий В.С. и др. Исследование системы защиты секционированных магнитных систем. — Труды ФИАН. М., 1984, т.150, с.35.

Брехна Г. Сверхпроводящие магнитные системы. M. Мир, 1976, с.695696. (54) УСТРОЙСТВО СЕКЦИОНИРОВАННОЙ

СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ НЕОДНОРОДНОЙ MAI ННТНОЙ СИСТЕМЫ С ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТОЙ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к области прикладной сверхпроводимости, и может быть использовано при эксплуатации крупных магнитов с сильными полями в больших объемах. Цель изобретения — поИзобретение относится к электротехнике, а именно к области прикладной сверхпроводимости, и может быть использовано при эксплуатации крупных магнитов с сильными полями в больших объемах.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты путем увеличения скорости вывода тсжа из отдельных секций неоднородной магнитной системы в момент перехода сверхпроводящей магнитной системы в нормальное состояние.

„„SU„„3508299 А 1 (51) 4 Н 01 L 39/16, Н 02 Н 5/04, Н 01 F 7/22, Н 02 К 55/00

2 вьппение эффективности защиты сверхпроводящей магнитной системы путем увеличения скорости вывода тока из отдельных секций. Это достигается тем, что в устройстве секционированной сверх-, .проводящей неоднородной магнитной си- . стемы, содержащей 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 rекций неоднородной магнитной системы. Два других плеча мостовой схемы образованы частями потенциометра 5, крайние выводы которого подключены к началу первой

1 и концу последней 1" секций магннитной системы, а сигнал разбаланса снимается с диагонали моста (точки 7 и 8) и подается на входы блока управления 6. 2 ил.

На фиг.1 показано устройство для защиты секционированной сверхпроводяб щей магнитной системы (СМС) б на фиг.2 — кривые изменения тока в одной из секций сверхпроводящей магнитной системы в первый момент времени после размыкания силового коммутатора, полученные при испытаниях СИС.

Устройство состоит из отдельных

1 h индуктивных секций 1 -1 сверхпроводящей магнитной системы, которые соединяются последовательно друг с дру" гом. К началу предыдущей и концу по3 1508299 следующей секции подсоединены разрядные элементы 2"-2 ", 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 потенциометр 5. Силовой коммутатор 3 подключен к выходу блока управления 6, который может быть выполнен, например, из последовательно соединенных компаратора напряжения и усилителя мощнос-15 ти. Для обнаружения зоны перехода в нормальное состояние используется мостовая схема, плечи которой образованы двумя произвольными частями магнитной системы, состоящими из после- 20 довательно соединенных секций, и соответствующими частями нотенциометра

5 ° К входам блока управления 6 подключен выход с диагонали 7-8 моста (точка 7 соединения двух произвольных 25 секций магнитной системы, движок 8 потенциометра 5). На фиг.1 показан также дополнительный разрядный элемент 9, подключенный, например, к секции 2 магнитной системы. 30

В качестве разрядных элементов 2—

h1

-2 можноиспользовать постоянные активные сопротивления, нелинейные активные сопротивления, конденсаторы большой емкости с диодами, включенны- 35 ми последовательно с конденсаторами.

Однако при большом количестве секций и использовании нелинейных разрядных элементов анализ переходного процесса с целью правильного выбора пара- 40 метров схемы защиты для получения заданного эффекта изменения тока в от" дельных секциях становится очень трудным и должен проводиться численными методами. 45

Устройство работает следуюшим образом.

В процессе запитки или в рабочем режиме CNC 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- 5 ные секции CNC 1"-1". Как только

CMC начинает переходить в нормальное состояние, появляется напряжение разбаланса моста, образованного частями потенциометра 5 между его крайними выводами и движком 8 и двумя произвольными частями магнитной системы. Напряжение разбаланса подается затем на компаратор напряжения схемы управления 6, который. выдает 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 посту.пает на силовой коммутатор 3, в качестве которого может использоваться механический размыкатель или силовой тиристор. Силовой коммутатор 3 размыкается, отсоединяя источник питания

4 от СИС, и секции 1 -1 через разh рядные элементы 2 -2 подключаются параллельно друг другу. Если предположить» что нормальная эона распространяется медленно, то в первый момент времени после размывания силового коммутатора Э даже при отсутствии магнитной связи между секциями (6=0» где b — - коэффициент магнитной связи между секциями) ток в любой из секций изменяется по закону:

То À в +Вп + ° ° + р

Р„1

+ Сь )»

I„- ток в секции 1

I0 — начальный ток перехода CNC в нормальное состояние„

- время;

А»В „.,C „- коэффициенты»

Р 1» Р .... Є— корни характеристического уравнения и-й степени.

Корни характеристического уравнения Р,,Р ...Р „ и коэффициенты А„, В „...С „ зависят от всех параметров схемы защиты и магнитной системы. Подобрав параметры схемы защиты и СМС соответствующим образом, можно намного быстрее снизить ток в одной или нескольких секциях и обеспечить быстрый его подъем в остальных секциях

СИС в первый момент времени после размыкания силового коммутатора 3.

Быстрый подъем тока в отдельных случаях является дополнительным преимуществом, т.к. при этом нормальная зона быстрее заполнит всю обмотку и произойдет более равномерный ее, ра-!

Устройство секционированной сверхпроводящей неоднородной магнитной системы с тепловой защитой, содержащее разрядные элементы, расположенные вне криостата и подключенные к секциям неоднородной магнитной системы, источник питания, соединенный последовательно с силовым коммутатором, свободные выводы силового коммутатора 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, о т л и ч а ю щ е е с я 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 маг-. нитной системы соединены между собой последовательно, каждый из разрядных элементов подключен между началом предыдущей и концом последующей секций, два плеча мостовой схемы обнаружения эоны перехода в нормальное состояние образованы двумя частями секций неод5 15082 зогрев. Расчеты показывают, что положительный эффект достигается путем

1 подключения разрядных элементов 2—

:-2 к началу предыдущей и концу по5 следующей секции СМС. Подключение дополнительного разрядного элемента 9 параллельно секции 1 необязательно и дает дополнительный положительный эффект, связанный с уменьшением времени вывода из CMC полной энергии системы.

В качестве примера выбора параметров CMC и схемы защиты для решения поставленной задачи рассмотрим трехсекционную магнитную систему с индуктивными секциями 1, 1, 1, где L, 2

L — собственные индуктивности секций 1, 1, 1 соответственно, В качестве разрядных элементов 2, 2 29

1 используем постоянные активные сопротивления R 1, R а также дополнительное сопротивлейие 9 (R ), включенное параллельно средней секции 1 (L>) .

Если между постоянными активными со- 25 противлениями R,, R, Кэ выполняется соотношение R 1 7 R 11 R2 7 R 3 ° а межд секцйями магнитной системы существует сильная магнитная связь, то, как показывают расчеты переходных процессов,30 при определенных соотношениях между параметрами CMC можно обеспечить увеличение скорости изменения токов в отдельных секциях магнитной системы.

Рассмотрим некоторые варианты сост- 35 ношения параметров трехсекционной магнитной системы, которые приводят к определенному характеру изменения токов в отдельных секциях CMC с больareA скоростью в первый момент времени 40 после размыкания силового коммутатора.

1. Если L „ L, Ь z, то происходит увеличение скорости вывода тока из первой секции, 45

2. Если L > Ь,, Ь, то происходит увеличение скорости вывода тока из третьей секции.

3. Если Ь L, и Ь » L» Ь, то происходит увеличение скорости вывода тока из первой и третьей секции.

4. Если Ь„ L и L 3» L, Ь, то осуществляется увеличение скорости вывода тока из первой секции и увеличение скорости его подъема во второй.

Пример . Разработана и изготовлена трехсекционная СМС, она была неоднократно испытана с предлагаемой схемой защиты. В качестве разрядных элементов использовали постоянные активные сопротивления, а средняя секция магнита (Ь<) с целью ускорения вывода энергии из CMC дополнительно шунтировалась сопротивлением R . CMC и схема защиты имели следующие параметры: Ь =0,03 Гн; L2.=0,3 Гн; Ь3=

=0,2 Ом.

Коэффициент связи между секциями близок к единице. Критический ток I составил 886 А, а запасенная энергия была равна 0,8 мДж. На фиг.2 показана кривая А изменения тока в первой секции (Ь„) CMC с предлагаемым способом защиты и кривая Б изменения тока в этой секции СМС, 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

1508299

Составитель P.Àïîêèíà

Техред М.Ходанич Корректор В,Гирняк!

Pедактор М.Циткина

Заказ 5548/55 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рау1аская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г.ужгород, ул. Гагарина,101 нородной 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 маг. нитной системы.