JPS61114509A - 超電導コイル装置 - Google Patents

超電導コイル装置

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JPS61114509A
JPS61114509A JP59236269A JP23626984A JPS61114509A JP S61114509 A JPS61114509 A JP S61114509A JP 59236269 A JP59236269 A JP 59236269A JP 23626984 A JP23626984 A JP 23626984A JP S61114509 A JPS61114509 A JP S61114509A
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/003Methods and means for discharging superconductive storage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency 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
    • H02H7/001Emergency 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、超電導コイル装置に係り、特に、超電導コイ
ルや永久電流スイッチの保護用として設けられるサイリ
スタの破損を防止できるようにした超電導コイル装置に
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
超電導コイル装置は、通常、超電導コイルと、この超電
導コイルの両端を短絡する永久電流スイッチとを液体ヘ
リウムで代表される極低温冷媒中に収容したものとなっ
ている。
ところで、このように構成される超電導コイル装置にあ
って、永久電流モードで運転しているとき超電導コイル
や永久電流スイッチが何等かの原因で常電導状態に転移
すると、上記コイルやスイッチを焼損させる虞れがある
。したがって、このような常電導転移、つまりクエンチ
に対処して何等かの保護系を設ける必要がある。この保
護系としては種々考えられているが、最近、超電導コイ
ルの両端にサイリスタを接続して保護する方式が提案さ
れている。すなわち、永久電流スイッチのクエンチに対
処した場合の例をとると、永久電流スイッチと並列(−
超電導コイルと並列)で、上記永久電流スイッチに流れ
る電流をバイパスできる極性にサイリスタを接続し、こ
のサイリスタのゲート電極を抵抗を介して超電導コイル
の所定部位、たとえば中途部位に接続している。このよ
うな構成であると、永久電流スイッチがクエンチしたと
き次のように動作して永久電流スイッチを保護すること
ができる。すなわち、永久電流スイッチがクエンチする
と、永久電流スイッチの抵抗が増大するので、これに伴
って超電導コイルの両端電圧が上昇する。このように両
端電圧が上昇すると必然的に超電導コイルの前記中途部
位と前記サイリスタのカソードとの間に電圧が現われ、
この結果、サイリスタのゲート・カソード間に電流が流
れ、サイリスタがターンオンする。このようにサイリス
タがターンオンすると、今まで永久電流スイッチに流れ
ていた電流はサイリスタを通して流れることになり、こ
れによって永久電流スイッチの焼損が効果的に防止され
る。なお、超電導コイルに蓄えられていたエネルギーは
、サイリスタの発熱等で消費され、ついには消滅する。
しかしながら、上記のように構成された従来の超電導コ
イル装置にあっては次のような問題があった。すなわち
、サイリスタのゲート電極と超電導コイルの所定部位と
の間に直列に接続される抵抗は、抵抗値を大きくするこ
とはできない。抵抗値を大きくすると、クエンチが発生
した初期段階、つまり超電導コイルの両端電圧が小さい
段階ではサイリスタのゲートにターオンさせるのに十分
なゲート電流を供給することができない。このため、ク
エンチがある程度発展した段階でしかサイリスタをター
ンオンさせることができないので保護と言う面からは不
満足な結果しか得られない。一方、抵抗値を小さくする
と、クエンチの初期段階において速やかにサイリスタを
ターンオンさせることができる。しかし、この場合には
、ターンオン後においてもゲート電流が流れ続けること
になり、これが原因してサイリスタを破損させてしまう
問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、保護素子としてサイリスタを用
い、かつ超電導コイルや永久電流スイッチがクエンチし
たときには速やかに上記サイリスタをターンオンさせて
上記コイルやスイッチを保護でき、しかもターンオン後
はサイリスタへのゲート電流の供給を自動的に停止させ
てサイリスタをも保護でき、もって信頼性に富んだ超電
導コイル装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明に係る超電導コイル装置は、超電導コイルと、こ
のコイルの両端間に接続された保護用のサイリスタと、
前記サイリスタのゲート電極と前記超電導コイルの所定
部位との間に順方向に接続されたダイオードとを具備し
ている。
〔発明の効果〕
上記構成であると、永久電流スイッチや超電導コイルが
クエンチしたとき、これらに流れていた電流を速やかに
サイリスタ回路にバイパスさせて上記スイッチやコイル
の焼損を確実に防止できることは勿論のことサイリスタ
のゲート電極と超電導コイルの所定部位との間に順方向
に介挿されたダイオードの存在によってサイリスタの破
損をも確実に防止することができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る超電導コイル装置を
模式的に示すものある。この実施例は本発明を適用して
永久電流スイッチのクエンチ時に、このスイッチの焼損
を防止するようにしている。
すなわち、この超電導コイル装置は、大きく別けて液体
ヘリウムを収容してなるクライオスタット1と、このク
ライオスタット1内に液体ヘリウムと一緒に収容された
超電導コイル2と、この超電導コイル2の両端を短絡す
る永久電流スイッチ3と、この永久電流スイッチ3の両
端に接続されたサイリスタ4と、このサイリスタ4のゲ
ート電極5と超電導コイル2の中間タップ6との間に順
方向に接続されたダイオード7および上記ダイオ−ドア
と直列に接続された抵抗8とで構成されている。
上記永久電流スイッチ3は、超電導線9に電気ヒータ1
0を巻回して構成されている。そして、上記電気ヒータ
10の両端は、クライオスタット1から外部に導かれて
いる。また、永久電流スイッチ3の両端には、それぞれ
超電導線で形成されたリード線11.12の一端側が接
続されており、これらリード線11.12の他端側には
それぞれ端子13.14が設けられている。そして、ク
ライオスタット1の外部には、上記端子13.14に選
択的に接続されて超電導コイル2の励磁および消磁を行
う電源装置15が設けられている。
このような構成であると、永久電流スイッチ3がクエン
チしたとき次のようにして永久電流スイッチ3の焼損と
サイリスタ4の破損とを防止することができる。
すなわち、今、超電導コイル2と永久電流スイッチ3と
の閉回路に図中実線矢印で示す向きの永久電流が流れて
いるものとする。このような状態で、何等かの原因で永
久電流スイッチ3がクエンチすると、この永久電流スイ
ッチ3の抵抗値が増大するので超電導コイル2の両端に
電圧が現われ、この電圧が増加する。このように増加す
ると、超電導コイル2の中間タップ6とサイリスタ4の
カソードとの間の電圧も増加するので抵抗8およびダイ
オード7を介してサイリスタ4にゲート電流が流れ、上
記サイリスタ4がターンオンする。このため、いままで
永久電流スイッチ3に流れていた電流は、こんどはサイ
リスタ4を通して流れる。
したがって、ここに永久電流スイッチ3の焼損が防止さ
れることになる。
ところで、ダイオード7を液体ヘリウム温度、つまり4
.2に程度の極低温に冷却した場合における順方向特性
は、常温下におけるそれとは大きく異なり、第2図に示
すように、電圧があるしきい値■1を越えるまで電流が
流れず、越えると電圧が急激に下がって電流が流れるよ
うになる。上記しきい値Vlは、通常10〜20ボルト
であり、また電流が継続して流れているときのスレショ
ルド電圧■2は数ボルトである。一方、永久電流スイッ
チ3がクエンチしたときに超電導コイル2の両端に現わ
れる電圧は100ボルト以上である。
したがって、永久電流スイッチ3がクエンチすると速や
かにダイオード7を通してサイリスタ4に、このサイリ
スタ4をターンオンさせるのに必要なゲート電流を流す
ことができる。サイリスタ4がターンオンすると、超電
導コイル2の両端電圧はサイリスタ4のスレショルド電
圧まで低下する。
このスレショルド電圧は、通常、2ボルト以下である。
このため、超電導コイル2の中間タップ6とサイリスタ
4のカソードとの間の電圧も急激に低下し、ダイオード
7のスレショルド電圧■2以下に低下する。このため、
ダイオード7が絶縁状態になり、サイリスタ4へのゲー
ト電流の供給が自動的に停止される。
かくして、永久電流スイッチ3にクエンチが生じたとき
、この永久電流スイッチ3に流れていた電流をサイリス
タ4にバイパスさせて永久電流スイッチ3の焼損を防止
できるとともにサイリスタ4へのゲート電流の供給も自
助的に停止させることができるので上記サイリスタ4の
破損も防止でき、結局、前述した本発明の効果が発揮さ
れることになる。なお、この実施例の場合にはダイオー
ド7の存在によって、励磁時にサイリスタ4のゲートに
逆電圧が加わるのを防止することができる。
第3図は、本発明の別の実施例を模式的に示すもので、
第1図と同一部分は同一符号で示しである。したがって
、重複する部分の説明は省略する。
この実施例は、本発明を適用して超電導コイルにクエン
チが発生したとき、このコイルの焼損を防止するように
している。
すなわち、超電導コイル2は、実質的に2つの超電導コ
イル2a12bを直列に接続して構成されている。そし
て、超電導コイル2の両端間(−永久電流スイッチ3の
両端間)には、2つのサイリスタ4a、4bが直列に、
かつ図示極性に接続されている。また、サイリスタ4a
と4bとの接続点と、超電導コイル2aと2bとの接続
点とは超電導線16または電流容量の大きい導線によつ
て接続されている。各超電導コイル2a、2bには、そ
れぞれ中間タップ6a16bが設けてあり、これら中間
タップ6a、6bはそれぞれ抵抗8a、8bおよび順方
向のダイオード7a、7bを介して対応する前記サイリ
スタ4a、4bのゲート電極5a、5bに接続されてい
る。なお、図中17は永久電流スイッチ3がクエンチし
たときにこのスイッチ3の焼損を防止するために上記ス
イッチ3と並列に接続されたダイオードを示している。
このような構成であると、超電導コイル2a、2bのい
ずれかにクエンチが発生したとき次のようにしてコイル
の焼損を防止できる。
すなわち、今、超電導コイル2a、 2bと永久電流ス
イッチ3との閉回路に図中実線矢印で示すように永久電
流が流れているものとする。このような状態で、たとえ
ば、超電導コイル2bの中間タップ6bとサイリスタ4
bのカソードとの間に位置する部分にクエンチが発生す
ると、この部分の抵抗値が増加する。このため、上記中
間タップ6bとサイリスタ4bのカソードとの間に電圧
が現われ、この電圧がダイオ−下7bのしきい値V1を
越える値まで上昇すると、サイリスタ4bにゲート電流
が流れて上記サイリスタ4bがターンオンする。このた
め、いままで起電導コイル2bに流れていた電流は、こ
んどは超電導線16〜サイリスタ4bの経路で流れる。
したがって、ここに超電導コイル2bの焼損を防止する
ことができる。そして、サイリスタ4bがターンオンす
ると、起電導コイル2bの両端電圧はサイリスタ4bの
スレショルド電圧、つまり2ボルト以下に低下する。こ
のため、中間タップ6bとサイリスタ4bのカソードと
の間の電圧もダイオード7bのスレショルド電圧■2以
下に低下し、もはや電流を流し得なくなってダイオード
7bが絶縁状態になる。したがって、この場合には、超
電導コイル2a、2bにクエンチが発生したとき、これ
らコイル2a、2bの焼損を防止できるとともに保護用
のサイリスタ4a、4bの破損を防止することができる
なお、上述した各実施例では、サイリスタのゲート回路
に介挿されたダイオードと直列に抵抗を介在させている
が、前記説明から明らかなように抵抗は必ずしも必要と
するものではない。また、中間タップの位置も実施例に
限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る超電導コイル装置の模
式的構成図、第2図は同実施例の動作を説明するために
極低温下におけるダイオードの順方向特性を説明するた
めの図、第3図は本発明の別の実施例に係る超電導コイ
ル装置の模式的構成図である。 1・・・クライオスタット、2.2a12b・・・JU
I導コイル、3・・・永久電流スイッチ、4.4a、4
b・・・サイリスタ、ア、7a、7b・・・ダイオード
。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 1!2!!f v2/lAv1

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超電導コイルと、このコイルの両端間に接続され
    た保護用のサイリスタと、前記サイリスタのゲート電極
    と前記超電導コイルの所定部位との間に順方向に接続さ
    れたダイオードとを具備してなることを特徴とする超電
    導コイル装置。
  2. (2)前記サイリスタは、前記超電導コイルの両端を短
    絡する永久電流スイッチに流れていた電流をバイパスさ
    せて上記永久電流スイッチを保護するためのものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導コ
    イル装置。
  3. (3)前記サイリスタは、前記超電導コイルに流れてい
    る電流を分流させて上記超電導コイルを保護するための
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の超電導コイル装置。
JP59236269A 1984-11-09 1984-11-09 超電導コイル装置 Granted JPS61114509A (ja)

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US06/793,429 US4688137A (en) 1984-11-09 1985-10-31 Superconducting coil device
DE8585113895T DE3575245D1 (de) 1984-11-09 1985-10-31 Supraleitende spulenanordnung.
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EP0181575B1 (en) 1990-01-03
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