-
Elektromagnetsystem zur Bewegung eines Absorberstabes in einem Atomkernreaktor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektromagnetsystem zur Bewegung eines Regelstabes
in einem Atomkemreaktor, das aus mehreren geradlinig in Achsrichtung des Stabes
aneinandergereihten, in auf-oder absteigender Folge einzeln nacheinander erregbaren
Hubmagneten besteht.
-
Nach einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag besteht ein Elektromagnetsystem
zur Bewegung eines Regelstabes beispielsweise aus einer Reihe von ringförmigen Elektromagneten,
die ein Druckrohr umgeben und axial aneinandergereiht sind, und einem in gleichmäßigen
Abständen mit Ringnuten versehenen Stab aus magnetisierbarem Werkstoff im Inneren
des Rohres. Ein dem Abstand von Zahn zu Zahn entsprechender Stababschnitt dient
dem jeweils zugeordneten Magneten als Anker. Werden die Hubmagnete der Reihe nach
erregt und entregt - wobei mehrere Magneten gleichzeitig erregt sein können
-, so wird der Stab, je nach der Erregungsfolge, in der einen oder
anderen Richtung bewegt.
-
Nach einem ebenfalls nicht vorveröffentlichten Vorschlag wird jeder
dieser Hubmagneten zwischen den Hüben mit einem Haltestrom von geringerer als der
zum Heben erforderlichen Höhe erregt. Hierzu ist ein Nockenschaltwerk vorgesehen,
das für jeden Magneten eine Nockenscheibe und zusätzlich eine weitere Nockenscheibe
enthält, die mit einer der Anzahl der Magneten entsprechenden Anzahl von Nocken
versehen ist und über ein Relais jeweils bei der Einschaltung eines Magneten den
Erregerstrom umschaltet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den für die Umschaltung
des Erregerstromes erforderlichen Aufwand zu verringern und die Zeit bis zum Erreichen
des zum Heben mindestens erforderlichen Stromwertes zu verkürzen. Gemäß der Erfindung
ist der Erregerstrom jedes Magneten durch Zuschaltung oder durch Abschaltung des
in der Reihenfolge nächsten Magneten von dem Haltestromwert auf den Ruhestromwert
oder umgekehrt umschaltbar. Die beiden Stromwerte werden beispielsweise einem Transformator
mit einer Anzapfung und nachgeschalteten Gleichrichtern entnommen.
-
An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele wird die Erfindung
im folgenden erläutert. F i g. 1 und 2 stellen je ein Ausführungsbeispiel
einer Schalteinrichtung zur Umschaltung des Erregerstromes der Elektromagnete dar;
F i g. 3 und 4 sind Strom-Zeit-Diagramme.
-
In F i g. 1 und 2 sind Schalteinrichtungen für ein Magnetsystem
wiedergegeben, das elf ringförmige, ein rohrförmiges Gehäuse umgebende und axial
aneinandergereihte Elektromagneten Mi bis Mlo und einen im Inneren des Rohres bewegbaren,
in gleichmäßigen Abständen genuteten Absorberstab als Anker enthält. Dem Magnet
M" ist ein Magnet Mo parallel geschaltet. Zur Weiterbewegung des Absorberstabes
werden die Magnete in fortlaufender Folge mit Hilfe von Nockenscheiben Ni
bis Ni02 die auf einer z. B. von einem Motor 10 überein Getriebe 14
angetriebenen Welle 11 befestigt sind, sowie mit Hilfe von Schaltern
S, bis SI, und Schaltgeräten, z. B. Schützen Al bis A" ein-
und ausgeschaltet. Dabei sind beispielsweise jeweils vier Schütze und damit die
Erregerspulen von vier Magneten gleichzeitig eingeschaltet. Die Zuleitungen zu den
Erregerspulen der Schütze sind beispielsweise an die Primärklemmen eines Transformators
15 angeschlossen, der einerseits durch einen Hauptschalter 16 an ein
Wechselstromnetz anschließbar und der sekundärseitig angezapft ist. Der Transformator
ist so bemessen, daß an der Anzapfung ein zum Halten des Magnetankers (Absorberstabes)
ausreichender Strom und der gesamten Sekundärwicklung mindestens der zum Heben erforderliche
Strom zur Erregung der Magnete entnommen werden kann. Zur Gleichrichtung dieser
beiden Ströme sind Gleichrichter 17 in Brückenschaltung vorgesehen. Die Schütze
A, bis AU sind jeweils mit vier Schaltern ausgestattet, von denen beispielsweise
je zwei Hilfsschalter sind (a, bis a"), und zwar je ein Schließer
und ein öffner. Die beiden Hauptschalter eines Schützes liegen mit den beiden Hilfsschaltern
eines anderen Schützes in Reihe, so daß die Elektromagneten je nach Schaltstellung
der Hilfsschalter an das zum Halten des Absorberstabes ausreichende Potential P,
oder das höhere Potential P2 angeschlossen sind.
Nach F i
g. 1 sind jedem Schütz die Hilfsschalter des in der aufsteigenden Reihenfolge
(= Heben des Ankers) nächsten Schützes zugeordnet, beispielsweise dem Schütz
A, die Hilfsschalter a2, dem Schütz A,
die Hilfsschalter a. usw. Infolgedessen
wird bei einer Drehung der Nockenwelle 11 in Pfeilrichtung (»Heben«) ein
Magnet, beispielsweise der Magnet M4, vom Einschaltzeitpunkt an so lange an dem
höheren Potential P, liegen, bis das dem nächsten Magneten zugeordnete Schütz (im
Beispiel A.) über die Nockenscheibe (N.) und den Schalter (S.) eingeschaltet
wird und dadurch seine Hilfsschalter (a") umschaltet. Von den jeweils gleichzeitig
eingeschalteten Magneten, beispielsweise M, bis M 43 wird stets nur der zuletzt
eingeschaltete (M4) mit dem höheren Strom erregt. Die Dauer der Erregung des jeweils
zuletzt eingeschalteten Magneten mit dem höheren Strom hängt von der Versetzung
der aufeinanderfolgenden Nocken ab und kann in gewissen Grenzen durch Änderung der
Versetzung eingestellt werden. Nach F i g. 2 sind jedem Schütz die Hilfsschalter
des in der aufsteigenden Reihenfolge vorhergehenden oder - bei beispielsweise
vier gleichzeitig eingeschalteten Schützen - des jeweils letzten Schützes
zugeordnet, z. B. dem Schütz A, die Hilfsschalteral, dem Schütz A, die Hilfsschalter
a, usw. Jeder Elektromagnet liegt in diesem Fall vom Einschaltzeitpunkt an so lange
an dem höheren Potential P2, bis das in der Reihenfolge jeweils letzte Schütz zugeschaltet
ist und dadurch seine Hilfsschalter umschaltet; beispielsweise wird nach Zuschaltung
des Magneten M" das Schütz A,
abgeschaltet, und die Hilfsschalter al gehen
in Ruhestellung. Die Dauer der Erregung des Magneten mit höherem Strom läßt sich
hier ebenfalls durch Änderung der Nockenscheibenversetzung, aber auch durch Änderung
der Länge der Nockenbahnen 18, z. B. durch Verlängerung der Bahnen in der
dem Drehsinn »Heben« entgegengesetzten Richtung, in gewissen Grenzen einstellen.
-
Je nach der Bemessung der Erregerspulen muß gegebenenfalls dafür gesorgt
werden, daß die Erregerspulen bei längeren Stillstandszeiten des Absorberstabes
nicht überlastet werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eins der dem Motor
10 zugeordneten Schaltgeräte Hilfsschalter enthalten, die bei abgeschaltetem
Motor die zu dem höheren Potential führende Leitung unterbrechen und mit der die
niedrigere Spannung liefernden Klemme P, verbinden. Wenn zum Senken des Absorberstabes
die Schwerkraft ausgenutzt wird, können die Magneten beim Senken des Ankers mit
gleichbleibendem Strom erregt werden. In diesem Falle kann das Schaltgerät,
durch dessen Einschaltung der Motor 10 die Welle 11 in Richtung »Heben« antreibt,
die Hilfsschalter zur Umschaltung der Stromversorgung bei Stillstand des Absorberstabes
enthalten.
-
In den Schaltungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 wird bei der
Aufwärtsbewegung des Ankers der jeweils zugeschaltete Magnet mit veränderlichem
Strom erregt. Der zeitliche Verlauf des Erregerstromes muß, wie aus F i
g. 3 hervorgeht, so gewählt sein, daß die oberhalb der Kennlinie der zulässigen
Erwärmung V", , von der Leistungskurve N = f (12) umschlossene
Fläche gleich (F:, # F2) oder kleinei (F, < F2) als die von der
Leistungskurve N begrenzte Fläche unterhalb der Kennlinie V"", ist. Dann
wird die zulässiae Erwärmung nicht überschritten. Wenn jeweils mehrere Magneten
gleichzeitig eingeschaltel sind, besteht die Möglichkeit, bei der Zuschaltung eines
Magneten die bereits eingeschalteten Magneten ebenfalls mit dem höheren Strom zu
erregen. Jedei einzelne Magnet wird dann also während seiner Einschaltdauer so oft
mit dem erhöhten Strom erregt, wie in dieser Zeit neue Magneten hinzugeschaltel
werden. Dann ergibt sich das in F i g. 4 dargestellte Diagramm. Daraus geht
hervor, daß die Stromspitzen kleiner sein müssen als im ersten Fall, da auch hiei
die oberhalb und unterhalb der Kennlinie V"" von der LeistungskurveN begrenzten
Flächen höchstens gleich sein dürfen ( F" = Fb), wenn die Magneten
nicht überlastet werden sollen. Zum Vergleich ist in F i g. 3 und 4
jeweils der Strom Ig bei gleichbleibender Spulenerregung eingetragen. Der
zum Halten mindestens erforderliche Strom ist mit I s bezeichnet. Der zum
Heben mindestens erforderliche Stromwert 1" wird mit Hilfe der Schaltungen
1 und 2 bereits nach der Zeit t" erreicht, während bei der Erregung mit gleichbleibendem
Strom Ig infolge der größeren Zeitkonstante hierfür die Zeit T benötigt wird. Vorteilhafterweise
wird nur der jeweils zugeschaltete Magnet mit veränderlichem Strom betrieben, um
eine möglichst große Beschleunigungskraft in möglichsi kurzer Zeit nach dem Einschalten
zu erhalten, zumal damit die Gefahr geringer wird, daß der Magnetantrieb bei großen
Schaltgeschwindigkeiten außei Tritt fällt.