JPH0640531B2 - 超電導マグネツトの保護装置 - Google Patents
超電導マグネツトの保護装置Info
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- 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
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- parallel
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- diodes
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- 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
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- 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
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- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 【請求項１】超電導コイル、永久電流スイツチおよびダ
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。 - 【請求項２】励磁電源の極性を逆にすると共に、ダイオ
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。 - 【請求項３】ダイオード回路が、互に逆並列接続された
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。 - 【請求項４】熱伝導体が銅ブロツクである特許請求の範
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。 - 【請求項５】超電導コイル、永久電流スイツチおよびダ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60008422A JPH0640531B2 (ja) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | 超電導マグネツトの保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60008422A JPH0640531B2 (ja) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | 超電導マグネツトの保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61168905A JPS61168905A (ja) | 1986-07-30 |
| JPH0640531B2 true JPH0640531B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=11692690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60008422A Expired - Lifetime JPH0640531B2 (ja) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | 超電導マグネツトの保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640531B2 (ja) |
-
1985
- 1985-01-22 JP JP60008422A patent/JPH0640531B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61168905A (ja) | 1986-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |