Устройство для защиты сверхпроводящего магнита при возникновении в нем нормальной фазы

 

о е - н . Г -. !

О П И C А Л И--"Е ИЗОБРЕТЕНМЯ

t 44909l

Союз Советских

Социалистииеских

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I) дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2411.76 (21) 2422520/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Н 02 Н 7/00

Н Ol F 7/22

I оеударетиеииий комитет

СССР по делам изобретении и огкрытий (53) УДК 621.316.. . 925 (088.8) Опубликовано 2502.79. Бюллетень № 7

Лата опубликования уписания 2502.79 (72) Авторы изобретения

В.Г.Дубасов, В.В.г1ымриков и Г.Е.Середа (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАГНИТА

ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ В НЕМ НОРМАг)ЬНОЙ ФАЗЫ

Изобретение относится к устройствам для защиты =верхпроводящих магнитов и может быть использована в системах питания электрофизического оборудования.

При переходе сверхпроводящего магнита в нормальное состояние накопленная в егo индуктивности энергия выделяется в виде тепла на небольшом участке обмотки, вызывая взрывообразное кипение жидкого гелия, избыточное давление в криостате, опасность разрушения обмотки. Во избежание этого необходимо обнаружить момент появления нормальной фазы в об мотке на ранней стадии и своевременно вывести энергию иэ сверхпроводящего магнита (1),(2) .

Пульсации напряжения источников питания сверхпроводящих магнитов и электромагнитных наводок вызывают ложное срабатывание устройств защиты.

Устройства подавления пульсаций в сильноточных цепях (10 -10 а) сложны

3 4. и в изготовлении и настройке, и значительно увеличивают габариты и стоимость источников питания, хотя из-за большой добротности сверхпроводящих магнитов стабильность тока достаточно высока, и в подавлении пульсаций нет необходимости, Поэтому более целесообразно применить помехоустойчивую защиту, позволяющую обнаруживать сигнал нормальной фазы при наличии пульсаций и наводок.

Известные устройства для защиты сверхпроводящих магнитов при возникновении в них нормальной фазы (3),(4), содержащие датчик нормальной фазы с компенсацией индуктивной составляющей напряжения магнита с помощью дополнительной несверхпроводящей обмотки, намотанной совместно со сверхпроводящей или с помощью компенсационного моста, подключенного к концам сверхпроводящей обмотки и к ее средней точке. Выход датчика нормальной фазы через пороговый элемент соединен с выходом исполнительного органа защиты сверхпроводящего магнита.

Наличие на входе устройства защиты нескомпенсированных пульсаций напряжения и сигнала электромагнитных наводок приводит к его ложному срабатыванию и к зависимости чувствительности устройства от вели ины помехи, что является недостатком „.èõ устройств, Наиболее близким по ехннческой сущности является устрогг.тво для защиты сверхпроводящего магнита при

649091 возникновении в нем нормальной фазы (5) . Это устройство состоит иэ датчика нормальной фавы с компенсацией индуктивной составляющей, поро:,гового элемента, блока время-амплитудного преобразователя, компаратора, исполнительного органа защиты сверхпроводящего магнита. Выход датчика нормальной фазы подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с входом блока время-амплитудного преобразователя со сбросом, 16

Выход преобразователя через компарагор связан с входом исполнительного органа системы защиты сверхпроводящего магнита. На вход порогового элемента с датчика поступает напряжение нормальной фазы. Иэ-за неабсолютной компенсации в датчике индуктивной составляющей напряжения на магните напряжение нормальной фазы оказывается промодулированным по амплитуде напряжением помехи. Сигнал с выхода порогового устройства подается на ьход преобразователя, при этом напряжение с выхода преобра.зователя заставляет срабатывать компаратор только тогда, когда величина напряжения нормальной фазы превысит значение, равное сумме величин напряжения порога срабатывания порогового устройства и амплитуды напряжения помех.,Исполнительный о1 ган защиты срабатывает лишь при появ-3О лении на выходе преобразователя напряжения, по.длительности превосходящего сигнал помехи, и поэтому предотвращается ложное срабатывание устройства защиты при отсутствии сигнала нор- 35 мальной Фазы.

Недостатком известного устройства защиты является зависимость его чувствительности от уровня сигнала помехи, не позволяющее иметь высокую чувствительность устройства при наличии больших по амплитуде помех, Для своевременного выявления сигнала нормальной фазы чувствительность устройства защиты должна составлять единицы милливольт вне зависимости от величины нескомпенсированных напряжений помех.

Цель изобретения — устранение влИяния величины сигнала помехи на чувствительность срабатывания устройства для защиты сверхпроводящего магнита при возникновении в нем нормальной фазы, Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для защиты 55 сверхпроводящего магнита при возникновении в нем нормальной Фазы, содержащее датчик нормальной фазы и соединенные последовательно пороговыч элемент, блок время — амплитудного преобразователя со сбросом и компаратор, выход которого соединен со входом исполнительного органа, введены первый и второй выпрямители, фильтр верхних частот, сумматор, вход перt вого выпрямителя соединен с датчиком нормальной фазы, а выход-с первйм входом сумматора, вход фильтра верхних частот соединен с датчиком нормальной фазы, а выход — через второй выпрямитель с вторым входом сумматора, причем выход сумматора соединен с входом порогового элемента.

На фиг, 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, которое содержит датчик 1 нормальной фазы, компенсирующий реактивную составляющую напряжения со сверхпроводящего магнита, первый выпрямитель 2, фильтр 3 верхних частот, пропускающий напряжение пульсаций и электромагнитных наводок, второй выпрямитель 4, сумматор 5, производящий суммирование напряжений с выходов первого и второго выпрямителей, пороговый элемент б, задающий уровень срабатывания устройства, блок время-амплитудного преобразователя 7, преобразующего длительность сигнала с выхода порогового элемента в напряжение, компаратор 8, определяющий время задержки t>, исполнительный орган защиты магнита 9, отключающий сверхпроводящий магнит от источника питания. Первый и второй выпрямители 2, 4 соответственно могут быть построены на базе операционных усилителей, обеспечивающих чувствительности не ниже 2 мв. Фильтр 3 верхних частот должен пропускать гармонический сигнал помехи и препятствовать прохождению сигнала нормальной фазы, имеющего большую длительность, чем период сигнала помехи Т„. Других специальных требований к элементам устройства не предъявляется, Работа устройства поясняется временной диаграммой (фиг.2). При наличии на входе устройства напряжения нормальной фазы (фиг,2а) и напряжений пульсаций или электромагнитных наьодок (фиг.26) с выхода датчика 1 напряжение нормальной фазы, промодулированное по амплитуде напряжением сигнала помехи (фиг,2в) поступает на вход первого выпрямителя 2 и вход фильтра верхних частот 3, Первый выпрямитель 2 преобразует сигнал в напряжение одной полярности (фиг, 2г), фильтр верхних частот 3 пропускает без искажений гармонический сигнал помехи (фиг.2д) и не пропускает сигнал нормальной фазы, длительность которого значительно превышает период сигнала помехи Тд. Далее сигнал с выхода фильтра верхних частот

3 преобразуется вторым выпрямителем 4 в напряжение одной полярности (фиг,2е).

С момента появления напряжения нормальной фазы гармонический сигнал помехи с выхода первого выпрямителя

2 оказывается сдвинутым по фазе по отношению к сигналу помехи с выхода второго выпрямителя 4 на величину, 649091 зависящую от амплитуды напряжения нормальной фазы. При суммировании на сумматоре 5 сдвинутых по фазе сигналов íà его выходе появляется пульсирующее напряжение, минимальные значения Uùä которого соответствуют напряжению нормальной фазы (фиг.2ж). 8

Эти значения ()„„и на выходе сумматора 5 появляются одновременно с появлением сигнала нормальной фазы на сверхпроводящем магните (фиг.2а), что обеспечивает своевременное обнаруже- 10 ние сигнала нормальной фазы.

При отсутствии сигнала нормальной фазы от гармонического сигнала помехи срабатывает пороговый элемент 6 (фиг. 2з), напряжение на выходе преобразователя 7 не успевает вырасти до значения пброга срабатывания компаратора 8 к моменту возврата элемента 6 в начальное состояние (фиг.2и), так как выбором параметров преобразователя 7 и компаратора 8 обеспечено выполнение условий Тп (t . При возврате элемента 6 в начальное состояние происходит сброс преобразователя 7 в нулевое исходное положение, что предотвращает ложное срабатывание. При появлении напряжения нормальной фазы, длительность которого значительно больше Тя, напряжение с выхода преобразователя

7 достигает значения порога срабатывания компаратора 8 (фиг.2и). Пос- Ю ледний срабатывает (фиг.2к) и включает исполнительный орган защиты сверхпроводящего магнита. Таким образом, чувствительность устройства не зависит от уровня пульсаций на- Я5 пряжений на магните и напряжения элект,эомагнитных наводок на входе устройства.

У транение зависимости чувствительности устройства от уровня пульсаций напряжения на сверхпроводящем магните и напряжения электромагнитных наводок позволяет увеличить чувствительность устройства для защиты сверхпроводящих магнитов, снизить требования к пульсациям тока системы питания; уменьшить расход жидкого гелия при переходе сверхпроводящего магнита в нормальное состояние за счет своевременного обнаружения нормальной фазы и вывода энергии из магнита; осуществить две ступени защиты.

Первая ступень защиты обнаруживает появление сигнала нормальной фазы на уровне 1-2 мв и подает в источник питания сигнал, вызывающий уменьшение тока в магните Распространение нормальной фазы прекратится, она исчезнет и не возникнет необходимость осуществлять аварийный выход энергии из магнита. Если нормальная фаза продолжает распространяться, то сработает вторая ступень защиты. Она отключит источник питания и произойдет вывод энергии из сверхпроводящего магHHта на защитное сопротивление.

Формула изобретения

Устройство для защиты сверхпроводящего магнита при возникновении в нем нормальной фазы, содержащее датчик нормальной фазы и соединенные последовательно пороговый элемент, .блок время — амплитудного преобразователя со сбросом и компаратор, выход которого соединен со входом исполнительного органа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем устранения влияния величины сигнала помехи, в него дополнительно введены два выпрямителя, фильтр верхних частот и сумматор, причем вход первого выгрямителя соединен с датчиком нормальной фазы, а выход — с первым входом сумматора, ко второму входу которого подключен выход второго выпрямигеля, вход которого через фильтр верхних частот подсоединен к датчику нормальной фазы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зенкевич B,B.. Сычев В.B. Нагнитные системы на сверхпроводниках, И,, 1972, с.5, 2. Веников В,А. и др, Сверхпроводники в энергетике> "1., Энергия, 1972, с,l2, 3. Патент США Р 3.304.466, кл, 317-13.

4. Дубасов В.Г. и др. Устройство защиты сверхпроводящих соленоидов, Препринт НИИЭФА, Б-0168, 1972, 5. Авторское свидетельство СССР

9 512530, кл. Н 02 Н 7/00, 1974.

64909 1 к

Риг. 2

Составитель Л.Васькова

Техред Ю. Ниймет Корректор В.Куприянов

Редактор А.Садомов

Тираж.856 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Эакаэ 572/51

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4