CS246385B1

CS246385B1 - Superconducting magnet winding protection device composed of more than two sections

Info

Publication number: CS246385B1
Application number: CS290485A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Zizek; Jiri Kurka
Original assignee: Frantisek Zizek; Jiri Kurka
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1986-10-16

Abstract

Zařízení se týká zařízení'na ochranu vinutí supravodivého magnetu složeného z více než dvou sekcí. Podstata zařízení spočívá v tom, že 3ériově spojené sekce supravodivého vinutí jsou paralelně připojeny na odporový řetězec. Jeho střední uzel je přes druhý obvod filtrace a omezení napětí prinojen k prvnímu vstupu prvního difexjenciálního zesilovače a přes první usměrňovač, první hladinový klopný obvod a první tvarovač výstupního pulsu na výstupní svorku. Uzel mezi krajním odporem a následujícím odporem odporovéhé řetězce je připojen přes čtvrtý obvod filtrace a omezení napětí k prvnímu vstupu druhého diferenciálního zesilovače a přes druhý usměrňovač, druhý hladinový klopný obvod a druhý tvarovač výstupního pulsu na výstupní svorku. Střední uzel supravodivého vinutí je přes první obvod filtrace a omezení napětí připojen k druhému vstupu prvního diferenciálního zesilovače auzel mezi krajní sekcí supravodivého vinutí je přes třetí obvod filtrace a omezení napětí připojen k druhému vstupu druhého diferenciálního zesilovače.The device relates to a device for protecting a winding of a superconducting magnet consisting of more than two sections. The essence of the device is that the 3 series-connected sections of the superconducting winding are connected in parallel to a resistor chain. Its middle node is connected to the first input of the first differential amplifier via a second filtering and voltage limiting circuit and to the output terminal via a first rectifier, a first level flip-flop circuit and a first output pulse shaper. The node between the extreme resistor and the following resistor of the resistor chain is connected to the first input of the second differential amplifier via a fourth filtering and voltage limiting circuit and to the output terminal via a second rectifier, a second level flip-flop circuit and a second output pulse shaper. The middle node of the superconducting winding is connected to the second input of the first differential amplifier via a first filtering and voltage limiting circuit and the node between the extreme sections of the superconducting winding is connected to the second input of the second differential amplifier via a third filtering and voltage limiting circuit.

Description

Vynález se týká zařízení na ochranu vinutí supravodivého magnetu složeného z více než dvou sekcí.The present invention relates to a device for protecting a winding of a superconducting magnet composed of more than two sections.

V magnetickém poli velkého supravodivého magnetu je akumulováno značné množství energie. Při přechodu části vinutí do stavu normální vodivosti je nutno magnet rychle odbudit a akumulovanou energii tak vyvést z nízkoteplotního prostoru vinutí, např. zmařit ve vnějším ochranném odporniku. Pokud by se tato energie vydělila v supravodivém vinutí, došlo by nejen k odpaření veškeré zásoby kapalného hélia v kryostatu, ale mohlo by dojít též k přehřátí určité části vunutí, k následným mechanickým deformacím, případně i ke zničení magnetu.A considerable amount of energy is stored in the magnetic field of a large superconducting magnet. When a part of the winding is switched to a normal conductivity state, the magnet must be quickly removed from the low-temperature winding space, eg thwarted in an external protective resistor. If this energy were separated in the superconducting winding, it would not only evaporate all the liquid helium supply in the cryostat, but it could also overheat a certain portion of the winding, resulting in mechanical deformation, possibly even destroying the magnet.

Pokud má supravodivý magnet alespoň, dvě sekce vinutí a lze vyvést střední potenciální vývod, používá se zpravidla elek* tronická ochrana, která je založena na můstkovém principu indikace. Jednu větev můstku tvoří dvě sekce vinutí, druhou dva vhodně volené odporníky. Při přechodu části vinutí do stavu normální vodivosti se v příčné větvi můstku objeví napěťový signál, elektronická ochrana jej zpracuje a vydá povel k odpojení napájecího zdroje a dojde k vyvedení akumulované energie do vnějšího ochranného odporniku. Dosavadní praxe však nevyhoví při náhodném souměrném šíření fáze normální vodivosti v obou sekcích supravodivého vinutí.If the superconducting magnet has at least two winding sections and a medium potential outlet can be led out, an electronic protection is generally used, which is based on the bridge principle of the indication. One bridge branch consists of two winding sections, the other two suitably selected resistors. When a part of the winding is switched to the normal conductivity state, a voltage signal appears in the transverse branch of the bridge, the electronic protection processes it and commands the power supply to be disconnected and the accumulated energy is led to the external protective resistor. However, the practice to date does not satisfy the randomly symmetrical propagation of the phase of normal conductivity in both sections of a superconducting winding.

vin

Uvedený nedostatek odstraňuje zařízení na ochranu vinutí supravodivého magnetu složeného z více než dvou sekcí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sériově spojené sekce vinutí jsou paralelně připojeny na odporový řetězec, jehož střední uzel je přes druhý obvod filtrace a omezení napětí připojen k prvnímu vstupu prvního diferenciálního zesilovače, jehož výstup je přes první usměrňovač, první hladinovýThis drawback is overcome by a superconducting magnet winding device composed of more than two sections according to the invention, characterized in that the series connected winding sections are connected in parallel to a resistor chain whose center node is connected to the first filter circuit and voltage limiter the input of the first differential amplifier, whose output is through the first rectifier, the first level

- 2 248 38S klopný obvod a první tvarovač výstupního pulsu připojen na výstupní svorku a střední.uzel supravodivého vinutí je přes .první obvod filtrace a omezení napětí připojen k druhému vstupu prvního diferenciálního zesilovače, přičemž uzel mezi krajním odporem a následujícím odporem odporového řetězce je připojen přes čtvrtý obvod filtrace a omezení napětí k prvnímu vstupu druhého diferenciálního zesilovače, jehož výstup je přes druhý usměrňovač, druhý hladinový klopný obvod a druhý tvarovač výstupního pulsu připojen na výstupní svorku a uzel mezi krajní sekcí a následující sekcí supravodivého vinutí je přes třetí obvod filtrace a omezení napětí připojen k druhému vstupu druhého diferenciálního zesilovače.The 2 248 38S flip-flop and the first output pulse former are connected to the output terminal and the center of the SC coil is connected through the first filter and voltage limiting circuit to the second input of the first differential amplifier, the node between the extreme resistor and the resistor through a fourth filter circuit and voltage limitation to a first input of a second differential amplifier whose output is via a second rectifier, a second flip-flop, and a second output pulse former connected to an output terminal and a node between the outer section and the next superconducting winding section is through a third filter circuit; voltage limitation connected to the second input of the second differential amplifier.

Praktické provedení zařízení na ochranu vinutí supravodivého magnetu složeného z více než dvou sekcí podle vynálezu je znaS/jměno na připojeném yýkrecui Jde o zařízení na ochranu vinutí supravodivého magnetu pro separátor kaolinu o vnitřním průměru magnetu 600 mm a délce 1000 mm, magnetické indukci v pracovní dutině 5 T a akumulované energii 3,6 .MJ. Čtyři sériově spojené sekce supravodivého vinutí 1, 2, 2» 4 jsou paralelně připojeny ke zdroji 31 stejnosměrného proudu přes vypínač 32. Paralelně k sériově zapojeným čtyřem sekcím supravodivého vinutí 1, 2, 2, £ je zapojen ochranný odporník 22 o hodnotě 1 Si a odporový řetězec 2» jehož střední uzel 70 je přes druhý obvod 12 filtrace a omezení napětí připojen k prvnímu vstupu prvního diferenciálního zesilovače 12, jehož výstup je přes první usměrňovač 14. první hladinový klopný obvod 15 a první tvarovač výstupního pulsu 16 připojen na výstupní svorku 100. Střední uzel 22. supravodivého vinutí je přes první obvod 11 filtrace a omezení napětí připojen k druhému vstupu prvního diferenciálního zesilovače 12.· Uzel 80 mezi krajním odporem a následujícím odporem odporového řetězce £ je připojen přes čtvrtý obvod 22 filtrace a omezení napětí k prvnímu vstupu druhého diferenciálního zesilovače 23, jehož výstup je přes druhý usměrňovač 24, druhý hladinový klopný obvod 2$ a druhý tvarovač výstupního pulsu 26 připojen na výstupní svorku 100 a uzel 40 mezi krajní sekcí a následující sekcí supravodivého vinutí je přes třetí obvod 21 filtrace a omezení napětí připojen k druhému vstupu druhého diferenciálního zesilovače 23. Výstupní svorka 100 je připojena na vstup vypínacíhoThe present invention relates to a superconducting magnet winding device for a kaolin separator having an internal diameter of 600 mm and a length of 1000 mm, magnetic induction in the working cavity. 5 T and accumulated energy 3,6 .MJ. Four serially connected superconducting winding sections 1, 2, 2, 4 are connected in parallel to a DC power supply 31 via a switch 32. Parallel to the four connected superconducting winding sections 1, 2, 2, 6, a protective resistor 22 of 1 Si is connected and a resistor string 2 whose center node 70 is connected via a second filter and voltage limiting circuit 12 to a first input of a first differential amplifier 12, the output of which is connected via a first rectifier 14 to a first flip-flop 15 and a first output pulse former 16 The superconducting winding center node 22 is connected through the first filter and voltage limiting circuit 11 to the second input of the first differential amplifier 12. The node 80 between the extreme resistor and the resistor of the resistor string 8 is connected through the fourth filter and voltage limiting circuit 22 to the first input. a second differential amplifier 23 whose output is via the second rectifier 24, the second surface flip-flop 25 and the second output pulse former 26 connected to the output terminal 100 and the node 40 between the outer section and the subsequent superconducting winding section is connected to the second input The output terminal 100 is connected to a trip input

246 385 ovládacího obvodu vypínače £2\ Vypínač ?2 může být mechanický nebo elektronický.246 385 of the circuit breaker control circuit 48 can be mechanical or electronic.

Vlastní i vzájemné indukčnosti jednotlivých sekcí vinutí 1, 2, £ jsou vyváženy stejným počtem vhddně volených odporů odporového řetězce 2· Tím je vytvořen dvojnásobný můstek. Je-li vinutí supravodivého magnetu v supravodivém stavu napájeno ze zdroje gl přes vypínač 32 > jsou příčné větve můstku vyváženy a mezi uzly 3Q a 7Q stejně jako mezi uzly 40 a 80 nevzniká žádné rozdílové napětí. Dojde-li však k přechodu ze stavu supravodivého do stavu normální neboli odporové vodivosti v kterémkoliv místě supravodivého vinutí, objeví se vždy alespoň na jedné příčné větvi můstku, zpravidla vsak na obou větvích, rozdílové napětí, Objeví-li se toto rozdílové napětí na příklad na příčné větvi můstku mezi uzly 30 a 70, je přivedeno přes první 11 a druhý 12 obvod filtrace a omezení napětí k. druhému a prvnímu vstupu prvního diferenciálního v* zesilovače kde se zesílí, dále se usměrní prvním usměrňovačem 14 a po dosažení určité předem nastavitelné úrovně vybaví první hladinový klopný obvod 1£, jehož výstupní signál se. po úpravě', v prvním tvarovači výstupního pulsu 16 přivede přes svorku 100 na vstup vypínacího ovládacího obvodu vypínače 32. Tím dojde k odpojení vinutí supravodivého magnetu od zdroje 31 á akumulovaná energie magnetického pole se maří v ochranném odpořníku. n, přičemž dojde k výraznému nárůstu napětí (ná cca 1'kV) na sáriově spojených sekcích supravodivého vinutí 1/2., 2» 4. Obvody 11, 12, 21, 22 filtrace a omezení, .napě.tí zabrání poškození následujících elektronických obvodů zařízení přo ochranu vinutí supravodivého magnetu <12.The intrinsic and mutual inductances of the individual sections of the windings 1, 2, 6 are balanced by the same number of resistors of the resistor chain 2 selected in this way. This creates a double bridge. When the superconducting magnet winding in the superconducting state is supplied from a power source g1 via a switch 32, the transverse branches of the bridge are balanced and no differential voltage occurs between the nodes 30 and 70 as well as between the nodes 40 and 80. If, however, a transition occurs from a superconducting state to a normal or resistive conductivity state at any location in the superconducting winding, at least one transverse branch of the bridge, but usually on both branches, always exhibits a differential voltage. the cross-section of the bridge between nodes 30 and 70, is applied through the first 11 and second 12 filter circuits and voltage limitation to the second and first inputs of the first differential amplifier where amplified, further rectified by the first rectifier 14 and after reaching a predetermined level the first level flip-flop 16 whose output signal is. After adjustment, in the first pulse former 16, the output pulse 16 is applied via the terminal 100 to the opening control circuit of the circuit breaker 32. This causes the superconducting magnet winding to be disconnected from the source 31 and the stored magnetic field energy is thwarted in the protective resistor. n, with a significant increase in voltage (about 1'kV) on the sari-coupled sections of superconducting winding 1/2., 2 »4. Filtering circuits 11, 12, 21, 22, and limitations. superconducting magnet winding <12.

li. lž> li. 22. 2i. 22. 2i>·if. lž> li. 22. 2i. 22. 2i> ·

Zcela analogická bude' funkce zařízení na ochranu supravodivého magnetu, objeví-li se rozdílové napětí, vyvolané přechodem ze stavu supravodivé do stavu normální vodivosti, mezi uzly 40 a 80.· Toto napětí je vyhodnoceno a zpracováno obvody 21, 22, 2£, 2£, 2£ a 26 a přes výstupní svorku 100 ovládá vypínač 32.The operation of the superconducting magnet protection device will be completely analogous if the differential voltage induced by the transition from superconducting to normal conductivity occurs between nodes 40 and 80. This voltage is evaluated and processed by circuits 21, 22, 24, 24 8, 26 and 26, and controls output switch 32 via output terminal 100.

Výhody zařízení na ochranu vinutí supravodivého magnetu složeného z více než dvou sekcí spočívají ve spolehlivosti ochrany vinutý a to i v případě, kdy stav normální vodivosti se šíří souměrně v obou směrech od středního uzlu vinutí 2θ·The advantages of a SC coil winding device consisting of more than two sections are the reliability of the coil protection, even if the normal conductivity condition is propagated symmetrically in both directions from the central winding node 2θ ·

- 4 246 385- 4,246,385

Při přechodu části vinutí ze stavu supravodivosti do stavu normální vodivosti se však rozdílové napětí objeví zpravidla současně v obou příčných větvých můstku, tj. mezi uzly 30 a 70 i mezi uzly 40 a 80. Tato rozdílová napětí se zpracovávají ve dvou nezávislých paralelních cestách a výstupní pulsy se sčítají na výstupní svorce 100. čímž se dále zvyšuje spolehlivost zařízení.However, when a portion of a winding is switched from a superconducting state to a normal conductivity state, the differential voltage usually occurs simultaneously in both cross-branch bridges, i.e. between nodes 30 and 70 and between nodes 40 and 80. These differential voltages are processed in two independent parallel paths and output the pulses are added to the output terminal 100, further enhancing the reliability of the device.

Další výhodou je stavitelná úroveň vybavení funkce ochrany vinutí odpovídající určité velikosti rozdílového napětí (typicky řádu setin až desetin voltu) a nezávislost funkce zařízení na polaritě rozdílového napětí.Another advantage is the adjustable level of the winding protection function corresponding to a certain magnitude of the differential voltage (typically of the order of hundredths to tenths of a volt) and the independence of the function of the device from the polarity of the differential voltage.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A superconducting magnet winding device consisting of more than two sections consisting of a resistive string, filter and voltage limiting input circuits, differential amplifiers, rectifiers, surface flip-flops, and overvoltage circuit shapes, characterized in that the superconducting winding sections are connected in series ( 1, 2, 3, 4) are connected in parallel to a resistor string (5), whose central node (70) is connected via a second filtering and voltage limiting circuit (12) to the first input of the first differential amplifier (13) whose output is via a first rectifier (14), a first level flip-flop (15) and a first output pulse former (16) connected to an output terminal (100) and a superconducting winding center node (30) connected to the first filter and voltage limiting circuit (11) a second input of a first differential amplifier (13), wherein a node (80) between an extreme resistor and a resistive resistor is connected via a fourth filtering and voltage limiting circuit to a first input of a second differential amplifier (23) whose output is via a second rectifier (24), a second level flip-flop (25), and a second output pulse former (26) to the output terminal (100) and the node (40) between the extreme section and the subsequent superconducting winding section, is connected to the second input of the second differential amplifier (23) via a third filtering and voltage limiting circuit (21).