JPH0744103B2 - 超電導コイルの励磁装置 - Google Patents
超電導コイルの励磁装置Info
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- JPH0744103B2 JPH0744103B2 JP62287807A JP28780787A JPH0744103B2 JP H0744103 B2 JPH0744103 B2 JP H0744103B2 JP 62287807 A JP62287807 A JP 62287807A JP 28780787 A JP28780787 A JP 28780787A JP H0744103 B2 JPH0744103 B2 JP H0744103B2
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- Japan
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- superconducting coil
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- power supply
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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
- 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
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導パルスマグネットのコイルを励減磁する
ための超電導コイルの励磁装置に関する。
ための超電導コイルの励磁装置に関する。
従来の技術 超電導コイルは抵抗値が０であるため減衰することなく
電流を流すことができる。したがって立ち上がりの速い
励磁が容易であり、かつ強力な磁場を瞬時に得る手段と
して有効である。核融合炉の高温プラズマを炉内に封じ
るための磁場発生装置や電力貯蔵システム用等の開発が
進められている。
電流を流すことができる。したがって立ち上がりの速い
励磁が容易であり、かつ強力な磁場を瞬時に得る手段と
して有効である。核融合炉の高温プラズマを炉内に封じ
るための磁場発生装置や電力貯蔵システム用等の開発が
進められている。
第３図は、従来の超電導コイルの励磁装置のブロック略
図である。
図である。
第３図において、１は超電導コイル、２は抵抗器、３は
スイッチ、４はこの超電導コイル１に励磁電流を供給す
るための電源、５は超電導コイル１に流れた電流値を検
出する電流検出手段であり、Ka〔V/A〕の電流−電圧変
換利得を持つ。６は超電導コイル１に流すべき電流値を
発生する指令発生手段、７はこの指令発生手段の出力と
上記電流検出手段４の出力の差に応じて電源３を制御す
る電源制御手段であり、その伝達関数Ｆ（ｓ）は、Ｆ
（ｓ）＝K1・（ｓ＋ｂ）／（ｓ＋ａ）である。ここに、
ｓはラプラス演算子である。８は温度上昇や外部磁界な
どによって超電導コイル１がクエンチしたこと、すなわ
ち超電導状態が破れて抵抗値を持ち始めたことを検出す
るクエンチ検出手段である。
スイッチ、４はこの超電導コイル１に励磁電流を供給す
るための電源、５は超電導コイル１に流れた電流値を検
出する電流検出手段であり、Ka〔V/A〕の電流−電圧変
換利得を持つ。６は超電導コイル１に流すべき電流値を
発生する指令発生手段、７はこの指令発生手段の出力と
上記電流検出手段４の出力の差に応じて電源３を制御す
る電源制御手段であり、その伝達関数Ｆ（ｓ）は、Ｆ
（ｓ）＝K1・（ｓ＋ｂ）／（ｓ＋ａ）である。ここに、
ｓはラプラス演算子である。８は温度上昇や外部磁界な
どによって超電導コイル１がクエンチしたこと、すなわ
ち超電導状態が破れて抵抗値を持ち始めたことを検出す
るクエンチ検出手段である。
以上のように構成された従来の超電導コイルの励磁装置
につき、さらに詳しくその動作を説明する。
につき、さらに詳しくその動作を説明する。
超電導コイルの励磁モード時において、スイッチ３は閉
じており、また指令発生手段６は、ステップ状の目標電
流値を発生する。この目標電流値に応じて電源制御手段
７は制御電圧信号を出力し、電源４は超電導コイル１に
電圧を印加する。これとともに、電流検出手段５によっ
て超電導コイル１に流れた電流値を検出し、目標電流値
と一致するよう負帰還ループを構成する。
じており、また指令発生手段６は、ステップ状の目標電
流値を発生する。この目標電流値に応じて電源制御手段
７は制御電圧信号を出力し、電源４は超電導コイル１に
電圧を印加する。これとともに、電流検出手段５によっ
て超電導コイル１に流れた電流値を検出し、目標電流値
と一致するよう負帰還ループを構成する。
超電導コイルの電圧から電流への伝達特性は、抵抗値が
０であるから、コイルのインダクタンス成分のみによる
完全積分特性1/（Ls）を有している。このため、超電導
コイルの励磁電流が目標値に達した時点で、電源４が供
給する電圧を保持する。このときの電圧は０である。こ
のように電圧０で一定の電流が流れる状態を永久電流状
態という。
０であるから、コイルのインダクタンス成分のみによる
完全積分特性1/（Ls）を有している。このため、超電導
コイルの励磁電流が目標値に達した時点で、電源４が供
給する電圧を保持する。このときの電圧は０である。こ
のように電圧０で一定の電流が流れる状態を永久電流状
態という。
さて、この永久電流状態において、超電導コイル１がク
エンチすると、この永久電流によって超電導コイル１は
ジュール損によって異常加熱し、最悪の場合には焼損も
しくは焼断する。クエンチ検出手段８は、超電導コイル
１は抵抗値を持ち始めたとことをブリッジ回路などを用
いて検出し、スイッチ３を開く。これにより、励磁電流
は抵抗器２において急速に減衰され、超電導コイル１の
焼損は防止されるというものである。（例えば、特開昭
58−4906号公報） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような超電導コイルの励磁装置で
は、以下に示されるような問題点があった。
エンチすると、この永久電流によって超電導コイル１は
ジュール損によって異常加熱し、最悪の場合には焼損も
しくは焼断する。クエンチ検出手段８は、超電導コイル
１は抵抗値を持ち始めたとことをブリッジ回路などを用
いて検出し、スイッチ３を開く。これにより、励磁電流
は抵抗器２において急速に減衰され、超電導コイル１の
焼損は防止されるというものである。（例えば、特開昭
58−4906号公報） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような超電導コイルの励磁装置で
は、以下に示されるような問題点があった。
抵抗器２を含む電源４の負荷インピーダンスは（Ｒ＋s
L）／（sRL）である。ここに、Ｒは抵抗器２の抵抗値で
ある。
L）／（sRL）である。ここに、Ｒは抵抗器２の抵抗値で
ある。
このとき、上記のような超電導コイルの励磁装置の閉ル
ープ伝達関係Ｇ（ｓ）は、次式で与えられる。
ープ伝達関係Ｇ（ｓ）は、次式で与えられる。
で与えられる。ただし、Ａ＝（ａ＋GL）・R/（Ｒ＋Ｇ）
＋ｂ・G/（Ｒ＋Ｇ）、Ｂ＝Ｇ・b/L・R/（Ｒ＋Ｇ）であ
る。ここに、Ｌは超電導コイル１のインダクタンス、G0
＝Ka・K1である。
＋ｂ・G/（Ｒ＋Ｇ）、Ｂ＝Ｇ・b/L・R/（Ｒ＋Ｇ）であ
る。ここに、Ｌは超電導コイル１のインダクタンス、G0
＝Ka・K1である。
第４図は、Ｇ（ｓ）の単位ステップ応答を示す波形図で
あり、応答値を目標値で規格化している。第４図（ａ）
に示すように、（１）式の分母は２次遅れの形となるた
め、目標値に対してオーバーシュートすることがある。
このオーバーソンユートにより、超電導コイルの臨界電
流を越えて、クレンチしやすいという問題点がある。ま
た、このオーバーシュートを抑えるために、第４図
（ｂ）に示すようにＧ（ｓ）の制動を大きくすると（す
なわち、分母が因数分解可能とすると）、目標値までの
収束時間が長くなるという問題点がある。
あり、応答値を目標値で規格化している。第４図（ａ）
に示すように、（１）式の分母は２次遅れの形となるた
め、目標値に対してオーバーシュートすることがある。
このオーバーソンユートにより、超電導コイルの臨界電
流を越えて、クレンチしやすいという問題点がある。ま
た、このオーバーシュートを抑えるために、第４図
（ｂ）に示すようにＧ（ｓ）の制動を大きくすると（す
なわち、分母が因数分解可能とすると）、目標値までの
収束時間が長くなるという問題点がある。
すなわち制御系の制動と立ち上がり時間は表裏の関係に
あり、両立しない。これは、制動を大きく取ったシステ
ムでは、立ち上がり時間を速めるためには、系の応答周
波数を大きくする必要があり、このためには、制御器の
利得K1を大きくする必要がある。制御器の利得を大きく
すると、ノイズで誤動作したり、あるいは制御器の動作
範囲の制限によって設計どうりの動作をしないという問
題があるからである。
あり、両立しない。これは、制動を大きく取ったシステ
ムでは、立ち上がり時間を速めるためには、系の応答周
波数を大きくする必要があり、このためには、制御器の
利得K1を大きくする必要がある。制御器の利得を大きく
すると、ノイズで誤動作したり、あるいは制御器の動作
範囲の制限によって設計どうりの動作をしないという問
題があるからである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の超電導コイルの励
磁装置は、超電導コイルと、この超電導コイルに電圧お
よび電流を供給する電源と、上記超電導コイルに流れた
電流量を検出する電流検出手段と、第１の目標値および
第２の目標値を出力する指令発生手段と、この第１の目
標値もしくは第２の目標値のいずれか一方を実質的に出
力する切り換え手段と、この切り換え手段の出力と上記
電流検出手段の出力との差に応じて上記電源を制御する
電源制御手段と、上記第２の目標値に上記電流検出手段
の出力値が到達したことを検出して上記切り換え手段を
制御する切り換え制御手段を具備するものである。
磁装置は、超電導コイルと、この超電導コイルに電圧お
よび電流を供給する電源と、上記超電導コイルに流れた
電流量を検出する電流検出手段と、第１の目標値および
第２の目標値を出力する指令発生手段と、この第１の目
標値もしくは第２の目標値のいずれか一方を実質的に出
力する切り換え手段と、この切り換え手段の出力と上記
電流検出手段の出力との差に応じて上記電源を制御する
電源制御手段と、上記第２の目標値に上記電流検出手段
の出力値が到達したことを検出して上記切り換え手段を
制御する切り換え制御手段を具備するものである。
作用 本発明は上記した構成により、所望の励磁電流値よりも
予め大きく設定した電流値を目標として超電導コイルを
励磁するために、励磁時間が短縮されることになる。ま
た、所望の励磁電流に達した時点で、本来の目標値に電
源制御手段の制御目標値を切り換えるため、オーバーシ
ュートが発生しなくすることができるので、このオーバ
ーシュートによるクエンチを未然に防ぐこととなる。
予め大きく設定した電流値を目標として超電導コイルを
励磁するために、励磁時間が短縮されることになる。ま
た、所望の励磁電流に達した時点で、本来の目標値に電
源制御手段の制御目標値を切り換えるため、オーバーシ
ュートが発生しなくすることができるので、このオーバ
ーシュートによるクエンチを未然に防ぐこととなる。
実施例 以下、本発明の一実施例の超電導コイルの励磁装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
第１図は、本発明における超電導コイルの励磁装置のブ
ロック略図を示すものである。１は超電導コイル、２は
抵抗器、３は第１のスイッチ、４は電源、５は電流検出
手段、７は電源制御手段、６は第１の目標値および第２
の目標値を出力する指令発生手段、８はクエンチ検出手
段、９は上記第２の目標値に上記電流検出手段６の出力
値が到達したことを検出する比較器、10は第２のスイッ
チである。第１図において、超電導コイル１、抵抗器
２、第１のスイッチ３、電源４、電流検出手段５、電源
制御手段７およびクエンチ検出手段８は第３図の従来例
における超電導コイル１、抵抗器２、スイッチ３、電源
４、電流検出手段５、電源制御手段７およびクエンチ検
出手段８と同一であるので、ここでの詳しい説明は省略
する。
ロック略図を示すものである。１は超電導コイル、２は
抵抗器、３は第１のスイッチ、４は電源、５は電流検出
手段、７は電源制御手段、６は第１の目標値および第２
の目標値を出力する指令発生手段、８はクエンチ検出手
段、９は上記第２の目標値に上記電流検出手段６の出力
値が到達したことを検出する比較器、10は第２のスイッ
チである。第１図において、超電導コイル１、抵抗器
２、第１のスイッチ３、電源４、電流検出手段５、電源
制御手段７およびクエンチ検出手段８は第３図の従来例
における超電導コイル１、抵抗器２、スイッチ３、電源
４、電流検出手段５、電源制御手段７およびクエンチ検
出手段８と同一であるので、ここでの詳しい説明は省略
する。
さて、以上のように構成された本発明の超電導コイルの
励磁装置につき、さらに詳しくその動作を説明する。第
２図は、本発明の超電導コイルの励磁装置の各部の動作
波形を示す信号波形図であり、第２図（ａ）〜第２図
（ｄ）は、第１図のＡ点〜Ｄ点に対応する。
励磁装置につき、さらに詳しくその動作を説明する。第
２図は、本発明の超電導コイルの励磁装置の各部の動作
波形を示す信号波形図であり、第２図（ａ）〜第２図
（ｄ）は、第１図のＡ点〜Ｄ点に対応する。
まず、超電導コイル１の励磁する場合について説明す
る。ここで、所望の励磁電流値は、I0である。
る。ここで、所望の励磁電流値は、I0である。
このとき第１のスイッチ３は閉じており、かつ第２のス
イッチ10はα端子側に接続されている。また指令発生手
段６は、ステップ状の第１の目標電流信号Ａ（目標値２
×I0、第２図（ａ））および第２の目標電流信号Ｂ（目
標値I0、第２図（ｂ））を発生する。
イッチ10はα端子側に接続されている。また指令発生手
段６は、ステップ状の第１の目標電流信号Ａ（目標値２
×I0、第２図（ａ））および第２の目標電流信号Ｂ（目
標値I0、第２図（ｂ））を発生する。
この目標電流信号Ａに応じて電源制御手段７は制御電圧
信号を出力し、電源４は超電導コイル１に電圧を印加す
る。これとともに、電流検出手段５によって超電導コイ
ル１に流れた電流値を検出し、目標電流信号Ａと一致す
るよう負帰還ループを構成する。第２図（ｃ）における
一点鎖線を目標として急速に立ち上がる。
信号を出力し、電源４は超電導コイル１に電圧を印加す
る。これとともに、電流検出手段５によって超電導コイ
ル１に流れた電流値を検出し、目標電流信号Ａと一致す
るよう負帰還ループを構成する。第２図（ｃ）における
一点鎖線を目標として急速に立ち上がる。
この負帰還ループの伝達関数Ｇ′（ｓ）は で与えられる。ただし、Ａ′＝（ａ＋G/L）・R/（Ｒ＋
Ｇ）＋ｂ・G/（Ｒ＋Ｇ）、Ｂ′＝Ｇ・b/L・R/（Ｒ＋
Ｇ）である。したがって、（１）式のＧ（ｓ）と同一と
なる。
Ｇ）＋ｂ・G/（Ｒ＋Ｇ）、Ｂ′＝Ｇ・b/L・R/（Ｒ＋
Ｇ）である。したがって、（１）式のＧ（ｓ）と同一と
なる。
さて、超電導コイル１の励磁電流Ｃ（すなわち、電流検
出手段５の出力Ｃ）がI0に達した時点で、比較器９は、
切り換え信号Ｄ（第２図（ｄ））を出力する。この切り
換え信号Ｄに応じて、第２のスイッチ10はβ端子側に接
続され、電源制御手段７の入力を第２の目標値Ｂに切り
換える。これにより、目標値にすでに達しているので、
急速に超電導コイル１の励磁電流は、第２の目標値Ｂに
収束し、電流値I0を維持することとなる。
出手段５の出力Ｃ）がI0に達した時点で、比較器９は、
切り換え信号Ｄ（第２図（ｄ））を出力する。この切り
換え信号Ｄに応じて、第２のスイッチ10はβ端子側に接
続され、電源制御手段７の入力を第２の目標値Ｂに切り
換える。これにより、目標値にすでに達しているので、
急速に超電導コイル１の励磁電流は、第２の目標値Ｂに
収束し、電流値I0を維持することとなる。
ここで、（２）式の分母が実根をもつようにa,b,Gの値
を設計することにより、オーバーシュートを発生しなく
することができる。
を設計することにより、オーバーシュートを発生しなく
することができる。
したがって、超電導コイル１の励磁を高速化できるとと
もに、励磁電流のオーバーシュートを小さく抑えること
ができる。さらに、このオーバーシュートに起因する超
電導コイル１のクエンチを未然に防ぐことができること
となる。
もに、励磁電流のオーバーシュートを小さく抑えること
ができる。さらに、このオーバーシュートに起因する超
電導コイル１のクエンチを未然に防ぐことができること
となる。
さて、励磁電流が定常値に達した時点で、クエンチ検出
手段８は超電導コイル１の両端電圧などを監視する。超
電導コイル１がクエンチした場合には、クエンチ検出手
段８は第１のスイッチ３を開き、励磁電流を抵抗器２で
消費させて超電導コイル１の焼損や焼断を防止する。
手段８は超電導コイル１の両端電圧などを監視する。超
電導コイル１がクエンチした場合には、クエンチ検出手
段８は第１のスイッチ３を開き、励磁電流を抵抗器２で
消費させて超電導コイル１の焼損や焼断を防止する。
また、超電導コイル１を減磁する場合には、第１の目標
値Ａを−I0とし、第２図の目標値Ｂを０とすれば、全く
同様の動作をすることができる。
値Ａを−I0とし、第２図の目標値Ｂを０とすれば、全く
同様の動作をすることができる。
上記実施例では、別個に第１の目標値および第２の目標
値を生成しているが、第２の目標値を減衰させて第１の
目標値を作ってもよいし、また第１の目標値を増幅して
第２の目標値を作ってもよい。
値を生成しているが、第２の目標値を減衰させて第１の
目標値を作ってもよいし、また第１の目標値を増幅して
第２の目標値を作ってもよい。
また、抵抗器２は超電導コイル１に常時並列接続されて
いる構造をとっているが、クエンチ時にのみ接続される
構造といってもよい。
いる構造をとっているが、クエンチ時にのみ接続される
構造といってもよい。
その他、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なこ
とは無論である。
く、発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なこ
とは無論である。
発明の効果 以上のように、本発明によれば、超電導コイルの励減磁
において所望の値よりも大きい値に対して超電導コイル
の励減磁を行うため、高速な励減磁が可能となる。ま
た、超電導コイル１の励磁電流が目標値に達した時点で
所望の電流値に再設定するため、励磁電流の過渡的なオ
ーバーシュートを小さく抑えることができる。したがっ
て、超電導コイルの励磁電流のオーバーシュートに起因
するクエンチを未然に防ぐことができるという優れた特
性を有するものである。
において所望の値よりも大きい値に対して超電導コイル
の励減磁を行うため、高速な励減磁が可能となる。ま
た、超電導コイル１の励磁電流が目標値に達した時点で
所望の電流値に再設定するため、励磁電流の過渡的なオ
ーバーシュートを小さく抑えることができる。したがっ
て、超電導コイルの励磁電流のオーバーシュートに起因
するクエンチを未然に防ぐことができるという優れた特
性を有するものである。
第１図は本発明における超電導コイルの励磁装置のブロ
ック略図、第２図は本発明における超電導コイルの励磁
装置の各部の信号波形図、第３図は従来の超電導コイル
の励磁装置のブロック略図、第４図は伝達関数Ｇ（ｓ）
の単位ステップ応答の波形図である。 １……超電導コイル、４……電源、５……電流検出手
段、６……指令発生手段、７……電源制御手段、９……
比較器、10……第２のスイッチ。
ック略図、第２図は本発明における超電導コイルの励磁
装置の各部の信号波形図、第３図は従来の超電導コイル
の励磁装置のブロック略図、第４図は伝達関数Ｇ（ｓ）
の単位ステップ応答の波形図である。 １……超電導コイル、４……電源、５……電流検出手
段、６……指令発生手段、７……電源制御手段、９……
比較器、10……第２のスイッチ。
Claims (1)
- 【請求項１】超電導コイルと、上記超電導コイルに電圧
および電流を供給する電源と、上記超電導コイルに流れ
た電流量を検出する電流検出手段と、第１の目標値およ
び第２の目標値を出力する指令発生手段と、上記第１の
目標値もしくは第２の目標値のいずれか一方を実質的に
出力する切り換え手段と、上記切り換え手段の出力と上
記電流検出手段の出力との差に応じて上記電源を制御す
る電源制御手段と、上記第２の目標値に上記電流検出手
段の出力値が到達したことを検出して上記切り換え手段
を制御する切り換え制御手段とを具備することを特徴と
する超電導コイルの励磁装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287807A JPH0744103B2 (ja) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | 超電導コイルの励磁装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287807A JPH0744103B2 (ja) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | 超電導コイルの励磁装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01128505A JPH01128505A (ja) | 1989-05-22 |
| JPH0744103B2 true JPH0744103B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=17722008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62287807A Expired - Lifetime JPH0744103B2 (ja) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | 超電導コイルの励磁装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744103B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07122216A (ja) * | 1993-10-20 | 1995-05-12 | Nec Corp | 電子ビーム偏向装置 |
| JP7623186B2 (ja) * | 2021-03-30 | 2025-01-28 | 住友重機械工業株式会社 | 超伝導電磁石、粒子加速器、及び粒子線治療装置 |
-
1987
- 1987-11-13 JP JP62287807A patent/JPH0744103B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01128505A (ja) | 1989-05-22 |
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