JPH02228007A - 超伝導マグネットシステム - Google Patents
超伝導マグネットシステムInfo
- Publication number
- JPH02228007A JPH02228007A JP1049281A JP4928189A JPH02228007A JP H02228007 A JPH02228007 A JP H02228007A JP 1049281 A JP1049281 A JP 1049281A JP 4928189 A JP4928189 A JP 4928189A JP H02228007 A JPH02228007 A JP H02228007A
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- JP
- Japan
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- converter
- circuit
- superconducting coil
- circuit breaker
- input
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- 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
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
-
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- 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
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- 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
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超伝導マグネットシステムに係り、特に高電圧
・大電流電源を備えた核融合装置やエネルギ貯蔵装置に
好適な超伝導マグネットシステムに間する。
・大電流電源を備えた核融合装置やエネルギ貯蔵装置に
好適な超伝導マグネットシステムに間する。
一般的に超伝導マグネットシステムは、超伝導体を巻回
して成る超伝導コイルと、交流電流を直流電流に変換す
る変換器を有し、変換器を制御して超伝導コイルに通電
する励磁電源とを備えている。ところで、超伝導マグネ
ントシステムにおいては、超伝導コイルが常伝導状態に
転位した場合に超伝導コイルを保護することが必要であ
る。このため従来は、特開昭６３−３４０５号に記載の
ように、変換器と超伝導コイルとを接続する直流主回路
に直流遮断器を設置して、超伝導コイルが常伝導転移し
たことを検知した場合、この直流遮断器を開くことによ
り励磁電源と超伝導コイルの連絡を断ち、超伝導コイル
のエネルギーを超伝導コイルに並列に接続された抵抗に
消費させて超伝導コイルを保護するようにしていた。
して成る超伝導コイルと、交流電流を直流電流に変換す
る変換器を有し、変換器を制御して超伝導コイルに通電
する励磁電源とを備えている。ところで、超伝導マグネ
ントシステムにおいては、超伝導コイルが常伝導状態に
転位した場合に超伝導コイルを保護することが必要であ
る。このため従来は、特開昭６３−３４０５号に記載の
ように、変換器と超伝導コイルとを接続する直流主回路
に直流遮断器を設置して、超伝導コイルが常伝導転移し
たことを検知した場合、この直流遮断器を開くことによ
り励磁電源と超伝導コイルの連絡を断ち、超伝導コイル
のエネルギーを超伝導コイルに並列に接続された抵抗に
消費させて超伝導コイルを保護するようにしていた。
しかしながら上記従来技術では、変換器と超伝導コイル
とを接続する直流主回路に直流遮断器を設置する構成で
あるため、直流遮断器の容量に限界があり、核融合装置
やエネルギー貯蔵装置等に用いられる高電圧及び大電流
のシステムには対応できないという問題があった。
とを接続する直流主回路に直流遮断器を設置する構成で
あるため、直流遮断器の容量に限界があり、核融合装置
やエネルギー貯蔵装置等に用いられる高電圧及び大電流
のシステムには対応できないという問題があった。
即ち、現在の直流遮断器の容量には上限があり、核融合
装置やエネルギー貯蔵装置に用いられる大容量のシステ
ムでは多数の遮断器を用いることになる。このなめ、ス
ペース、配線、経済性の点から非現実的な構成となる。
装置やエネルギー貯蔵装置に用いられる大容量のシステ
ムでは多数の遮断器を用いることになる。このなめ、ス
ペース、配線、経済性の点から非現実的な構成となる。
また、多数の遮断器を同時に動作させることは極めて困
難であり、遮断失敗時には回路部品ひいては負荷超伝導
コイルの焼損という事態を招く恐れがある。
難であり、遮断失敗時には回路部品ひいては負荷超伝導
コイルの焼損という事態を招く恐れがある。
本発明の目的は、遮断器の適切な設置により小型かつ経
済的で信頼性の高い超伝導マグネットシステムを提供す
ることにある。
済的で信頼性の高い超伝導マグネットシステムを提供す
ることにある。
上記目的は、遮断器を直流主回路でなく、変換器の交流
入力の各相に対応する直流出力側の各単位回路毎に分散
配置することにより達成される。
入力の各相に対応する直流出力側の各単位回路毎に分散
配置することにより達成される。
遮断器は機械的遮断器即ちスイッチでも良いが、ゲート
入力により回路を遮断するサイリスタで構成することも
できる。
入力により回路を遮断するサイリスタで構成することも
できる。
変換器のｎ個の直流出力側各単位回路（アーム）に設け
られた遮断器は常時は閉状態であるが、常伝導転移時は
それぞれの単位回路を開路するように動作する。単位回
路を流れる電流は直流主回路の１ ／ ｎとなる上、直
流主回路の電流と異なり、変換素子の開閉によって電流
が断続する脈流となっている。即ぢ、ここに流れる電流
波形は単相交流を半波整流した直後の電流波形に近く、
変換素子が開の間は電流が零となる。従って、ここに置
かれた遮断器は主９回路の１ ／ ｎの脈流を遮断する
ことになり、変換素子の閉極後少なくとも半サイクルの
時間を経れば電流が零となるため、例えば機械的遮断器
の場合は遮断時に発生したスノく−クが短時間で消滅し
、直流遮断よりも確実に動作し、遮断失敗の恐れが少な
くなる。また、スパークを確実に消滅できるため、遮断
器の小形化、低コスト化が可能となると共に、遮断器の
個数を低減でき同時操作が容易となるので、同時操作の
困難性による遮断失敗の恐れも低減する。
られた遮断器は常時は閉状態であるが、常伝導転移時は
それぞれの単位回路を開路するように動作する。単位回
路を流れる電流は直流主回路の１ ／ ｎとなる上、直
流主回路の電流と異なり、変換素子の開閉によって電流
が断続する脈流となっている。即ぢ、ここに流れる電流
波形は単相交流を半波整流した直後の電流波形に近く、
変換素子が開の間は電流が零となる。従って、ここに置
かれた遮断器は主９回路の１ ／ ｎの脈流を遮断する
ことになり、変換素子の閉極後少なくとも半サイクルの
時間を経れば電流が零となるため、例えば機械的遮断器
の場合は遮断時に発生したスノく−クが短時間で消滅し
、直流遮断よりも確実に動作し、遮断失敗の恐れが少な
くなる。また、スパークを確実に消滅できるため、遮断
器の小形化、低コスト化が可能となると共に、遮断器の
個数を低減でき同時操作が容易となるので、同時操作の
困難性による遮断失敗の恐れも低減する。
遮断器にサイリスタ例えばＧＴＯを用いた場合には、閉
極後少なくとも半サイクルの時間を経れば電流が零とな
るため、遮断のための逆電圧が脈流のピーク値より小さ
くても確実に遮断できる。
極後少なくとも半サイクルの時間を経れば電流が零とな
るため、遮断のための逆電圧が脈流のピーク値より小さ
くても確実に遮断できる。
このため同様に遮断失敗の恐れを低減できると共に、遮
断器の容量を小さくでき、小形化、低コスト化が可能と
なる。また機械的遮断器に比べて遮断の応答性が向上す
る。
断器の容量を小さくでき、小形化、低コスト化が可能と
なる。また機械的遮断器に比べて遮断の応答性が向上す
る。
各単位回路の開動作が終了すると、変換器を流れていた
直流出力電流は負荷超伝導コイルに転流し、超伝導コイ
ルに貯わえられていたエネルギーはこれに並列に接続さ
れた抵抗によりジュール熱として取り出され、超伝導コ
イルの過熱損傷を防ぐ。
直流出力電流は負荷超伝導コイルに転流し、超伝導コイ
ルに貯わえられていたエネルギーはこれに並列に接続さ
れた抵抗によりジュール熱として取り出され、超伝導コ
イルの過熱損傷を防ぐ。
以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。
る。
第１図において、本実施例の超伝導マグネットシステム
は、励磁電源１、負荷２、転移検出器３及び制御器４と
からｍ成され、負荷２は超伝導体を巻回して成る超伝導
コイル５からなっている。
は、励磁電源１、負荷２、転移検出器３及び制御器４と
からｍ成され、負荷２は超伝導体を巻回して成る超伝導
コイル５からなっている。
励磁電源１は、超伝導コイル５への通電を行うため交流
電流を直流電流に変換する変換器６と、超伝導コイル５
が常伝導状態に転位した場合に変換器６と超伝導コイル
５の連絡を断つ遮断器７と、フィルタの役目をするコイ
ル８及びコンデンサ９と、超伝導コイル５に並列に設け
られた保護抵抗１０とからなっている。
電流を直流電流に変換する変換器６と、超伝導コイル５
が常伝導状態に転位した場合に変換器６と超伝導コイル
５の連絡を断つ遮断器７と、フィルタの役目をするコイ
ル８及びコンデンサ９と、超伝導コイル５に並列に設け
られた保護抵抗１０とからなっている。
本実施例では励ｒｉｉ電源１は６相交流を直流に変換す
る例を示しており、変換器６は各々３相交流の流入力端
子１１を備えた２組の変換器６Ａからなっている。
る例を示しており、変換器６は各々３相交流の流入力端
子１１を備えた２組の変換器６Ａからなっている。
また各変換器６Ａは、第２図に示すように、交流入力の
各相に対応して設けられた６個のサイリスタ６Ｂからな
り、遮断器７はサイリスタ６Ｂの出力回路６Ｃ＠に設け
られている。即ち、遮断器７はサイリスタ変換器６Ａの
交流入力の各相に対応する直流出力側の各単位回路毎に
設けられており、その数は各サイリスタ変換器６Ａ毎に
６個で合計１２個である。また、遮断器７はＲ械的遮断
器即ち遮断スイッチで構成されている。
各相に対応して設けられた６個のサイリスタ６Ｂからな
り、遮断器７はサイリスタ６Ｂの出力回路６Ｃ＠に設け
られている。即ち、遮断器７はサイリスタ変換器６Ａの
交流入力の各相に対応する直流出力側の各単位回路毎に
設けられており、その数は各サイリスタ変換器６Ａ毎に
６個で合計１２個である。また、遮断器７はＲ械的遮断
器即ち遮断スイッチで構成されている。
以上の超伝導マグネットシステムにおいては、通常は交
流入力端子１１より入力された交流電流はサイリスタ変
換器６により直流電流に変換され、閉路状態の遮断器７
、コイル８及び超伝導コイル５という経路で電流が流れ
る。しかし超伝導コイル５に常伝導転存が生じると、こ
の超伝導マグネットシステムは以下ように動作する。
流入力端子１１より入力された交流電流はサイリスタ変
換器６により直流電流に変換され、閉路状態の遮断器７
、コイル８及び超伝導コイル５という経路で電流が流れ
る。しかし超伝導コイル５に常伝導転存が生じると、こ
の超伝導マグネットシステムは以下ように動作する。
転移検出器３は超伝導コイル５の抵抗を検出することに
より超伝導コイル５が常伝導状態に転移したことを検知
する。制御器４は転移検出器３からの常伝導転移発生信
号を受けて各遮断器７を開極する。
より超伝導コイル５が常伝導状態に転移したことを検知
する。制御器４は転移検出器３からの常伝導転移発生信
号を受けて各遮断器７を開極する。
遮断器７が開極すると、超伝導コイル５に流れていた電
流は変換器６から保護用の抵抗１０に分流し、ここでジ
ュール熱としてエネルギーが回収され、超伝導コイル５
や他の回路素子が過熱することを防止する。
流は変換器６から保護用の抵抗１０に分流し、ここでジ
ュール熱としてエネルギーが回収され、超伝導コイル５
や他の回路素子が過熱することを防止する。
ここで、本実施例の遮断器７の作用を更に詳細に知るた
めに、例えば６００００Ｖ又は３００００Ａという核融
合用の超伝導マグネットシステムを考える。従来例では
、第４図に示すように、電ａ２０の変ｆＡ器２１と超伝
導コイル５とを接続する直流主回路に多数の直流遮断器
２２を設置している。この場合、遮断器２２として現状
の最大容址級（１５００Ｖ、７５００Ａ）のものを用い
なとすると、上記高電圧、大電流のシステムでは４直列
−５並列の２０台の遮断器が必要となってくる。このた
め、スペース、経、済性の点から非現実的であるだけで
なく、２０台の遮断器を同時に動作させることは極めて
困難であり、最悪の場合には遮断失敗に至る可能性があ
る。
めに、例えば６００００Ｖ又は３００００Ａという核融
合用の超伝導マグネットシステムを考える。従来例では
、第４図に示すように、電ａ２０の変ｆＡ器２１と超伝
導コイル５とを接続する直流主回路に多数の直流遮断器
２２を設置している。この場合、遮断器２２として現状
の最大容址級（１５００Ｖ、７５００Ａ）のものを用い
なとすると、上記高電圧、大電流のシステムでは４直列
−５並列の２０台の遮断器が必要となってくる。このた
め、スペース、経、済性の点から非現実的であるだけで
なく、２０台の遮断器を同時に動作させることは極めて
困難であり、最悪の場合には遮断失敗に至る可能性があ
る。
一方、本実施例では、サイリスタ変換器６の６本の各ア
ーム６Ｃに遮断器７を設けるため、脈流遮断となり、遮
断器（６００００Ｖ、５００００Ａ）が小形化、低コス
ト化できるだけでなく遮断失敗の恐れもなくなる。
ーム６Ｃに遮断器７を設けるため、脈流遮断となり、遮
断器（６００００Ｖ、５００００Ａ）が小形化、低コス
ト化できるだけでなく遮断失敗の恐れもなくなる。
今このことを第３図を用いて詳細に説明する。
変換器６の６個の直流出力側各単位回路（アーム）６Ｃ
には、第３図に示すように直流主回路の電流とは異なり
、サイリスタ６Ｂの開閉によって断続する脈流が流れ、
この脈流の電流量は直流主回路の電流の１／６である。
には、第３図に示すように直流主回路の電流とは異なり
、サイリスタ６Ｂの開閉によって断続する脈流が流れ、
この脈流の電流量は直流主回路の電流の１／６である。
即ち、アーム６Ｃを流れる電流波形は単相交流を半波整
流した直後の電流波形に近く、サイリスタ６Ｂが開の間
は電流が零となる。従って、ここに置かれた遮断器７は
主回路の１／６の脈流を遮断することになり、サイリス
タ６Ｂの閉極後少なくとも半サイクルの時間を経れば電
流が零となるため、仮に遮断時にスパークが発生したと
してもそのスパークは短時間で消滅し、直流遮断よりも
確実に動作し、遮断失敗の恐れが少なくなる。また、ス
パークを確実に消滅できるため、遮断器の小形１ヒ、低
コスト化が可能となると共に、遮断器の個数を低減でき
同時操作が容易となるので、同時操作の困難性による遮
断失敗の恐れも低減する。
流した直後の電流波形に近く、サイリスタ６Ｂが開の間
は電流が零となる。従って、ここに置かれた遮断器７は
主回路の１／６の脈流を遮断することになり、サイリス
タ６Ｂの閉極後少なくとも半サイクルの時間を経れば電
流が零となるため、仮に遮断時にスパークが発生したと
してもそのスパークは短時間で消滅し、直流遮断よりも
確実に動作し、遮断失敗の恐れが少なくなる。また、ス
パークを確実に消滅できるため、遮断器の小形１ヒ、低
コスト化が可能となると共に、遮断器の個数を低減でき
同時操作が容易となるので、同時操作の困難性による遮
断失敗の恐れも低減する。
本発明の他の実施例を第５図及び第６図により説明する
。第５図は第１図のａ械的遮断器即ちスイッチ７の代わ
りに、ゲート入力により回路を遮断できる機能を存する
サイリスタ、即ちゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ
）７Ａを用いた実施例である。この場合も、ＧＴＯ７Ａ
はサイリスタ変換器６の６本の各アーム６Ｃ（第２図参
照）に設けられており、サイリスタの閉極後少なくとも
半サイクルの時間を経れば電流が零となるため（第３図
参照）、ＧＴＯを遮断するためのゲート電圧が脈流のピ
ーク値より小さくても確実に遮断できる。このため同様
に遮断失敗の恐れを低減できると共に、遮断器の容量を
小さくでき、小形化、低コスト化が可能となる。またＧ
ＴＯは機械的遮断器に比べて遮断の応答性が優れている
という利点がある。
。第５図は第１図のａ械的遮断器即ちスイッチ７の代わ
りに、ゲート入力により回路を遮断できる機能を存する
サイリスタ、即ちゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ
）７Ａを用いた実施例である。この場合も、ＧＴＯ７Ａ
はサイリスタ変換器６の６本の各アーム６Ｃ（第２図参
照）に設けられており、サイリスタの閉極後少なくとも
半サイクルの時間を経れば電流が零となるため（第３図
参照）、ＧＴＯを遮断するためのゲート電圧が脈流のピ
ーク値より小さくても確実に遮断できる。このため同様
に遮断失敗の恐れを低減できると共に、遮断器の容量を
小さくでき、小形化、低コスト化が可能となる。またＧ
ＴＯは機械的遮断器に比べて遮断の応答性が優れている
という利点がある。
第６図は遮断器としてトリガ入力端子Ｇによる外部から
の強制溶断可能なヒユーズ７Ｂを設けたものであり、こ
の場合も変換器の各アーム６Ｃ（第２図参照）に遮断機
能を持たせることにより第１図の実施例と同等の効果が
得られる。
の強制溶断可能なヒユーズ７Ｂを設けたものであり、こ
の場合も変換器の各アーム６Ｃ（第２図参照）に遮断機
能を持たせることにより第１図の実施例と同等の効果が
得られる。
本発明によれば、遮断器を変換器の直流出力側の各単位
回路毎に設けたので、遮断器の個数の低減、小形化、低
コスト化が可能となり、かつ遮断失敗の恐れを低減でき
、超伝導マグネットシステムの小形化、経済性の向上、
信顆性の向上が図れる効果がある。
回路毎に設けたので、遮断器の個数の低減、小形化、低
コスト化が可能となり、かつ遮断失敗の恐れを低減でき
、超伝導マグネットシステムの小形化、経済性の向上、
信顆性の向上が図れる効果がある。
第１図は本発明の一実施例による超伝導マグネットシス
テムの回路図であり、第２図はその超伝導マグネットシ
ステムの変換器及び遮断器部分の詳細回路図であり、第
３図はその変換器の各単位出力回路を流れる脈流を示す
図であり、第４図は従来の超伝導マグネットシステムを
湿す回路図であり、第５図は本発明の他の実施例による
変換器及び遮断器部分を示す構成図であり、第６図は本
発明の更に他の実施例による変換器及び遮断器部分を示
す構成図である。 符号の説明 １・・・励磁電源 ５・・・超伝導コイル ６・・・変換器 ６Ｃ・・・直流出力側単位回路 ７・・・遮断器 ７Ｂ・・・ＧＴＯ
テムの回路図であり、第２図はその超伝導マグネットシ
ステムの変換器及び遮断器部分の詳細回路図であり、第
３図はその変換器の各単位出力回路を流れる脈流を示す
図であり、第４図は従来の超伝導マグネットシステムを
湿す回路図であり、第５図は本発明の他の実施例による
変換器及び遮断器部分を示す構成図であり、第６図は本
発明の更に他の実施例による変換器及び遮断器部分を示
す構成図である。 符号の説明 １・・・励磁電源 ５・・・超伝導コイル ６・・・変換器 ６Ｃ・・・直流出力側単位回路 ７・・・遮断器 ７Ｂ・・・ＧＴＯ
Claims (4)
- （１）超伝導体を巻回して成る超伝導コイルと、交流電
流を直流電流に変換する変換器及び前記超伝導コイルが
常伝導状態に転位したときに変換器と超伝導コイルの連
絡を断つ遮断器を有し、前記変換器を制御して前記超伝
導コイルに通電する励磁電源とを備えた超伝導マグネッ
トシステムにおいて、 前記遮断器を、前記変換器の交流入力の各相に対応する
直流出力側の各単位回路毎に設けたことを特徴とする超
伝導マグネットシステム。 - （２）前記遮断器を、ゲート入力により回路を遮断する
サイリスタで構成したことを特徴とする請求項１記載の
超伝導マグネットシステム。 - （３）交流電流を直流電流に変換する変換器及び超伝導
コイルが常伝導状態に転位したときに変換器と超伝導コ
イルの連絡を断つ遮断器を有し、前記変換器を制御して
超伝導コイルに通電する励磁電源において、 前記遮断器を、前記変換器の入力交流の各相に対応する
出力の各単位回路毎に設けたことを特徴とする励磁電源
。 - （４）交流電流を直流電流に変換する変換器を有し、こ
の変換器を制御して超伝導コイルに通電する励磁電源用
の変換器装置において、 前記変換器の入力交流の各相に対応する出力の各単位回
路毎に、超伝導コイルが常伝導状態に転位したときに変
換器と超伝導コイルの連絡を断つ遮断器を設けたことを
特徴とする変換器装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049281A JPH02228007A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 超伝導マグネットシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049281A JPH02228007A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 超伝導マグネットシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228007A true JPH02228007A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12826488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1049281A Pending JPH02228007A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 超伝導マグネットシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02228007A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007060833A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 超電導コイル用電力変換装置 |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP1049281A patent/JPH02228007A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007060833A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 超電導コイル用電力変換装置 |
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