DE1589823A1 - Dauerstrom-Schalter - Google Patents

Dauerstrom-Schalter

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DE1589823A1
DE1589823A1 DE19671589823 DE1589823A DE1589823A1 DE 1589823 A1 DE1589823 A1 DE 1589823A1 DE 19671589823 DE19671589823 DE 19671589823 DE 1589823 A DE1589823 A DE 1589823A DE 1589823 A1 DE1589823 A1 DE 1589823A1
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winding
tape
superconducting
continuous current
switch
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DE19671589823
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Mains Edward Frederick
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General Electric Co
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General Electric Co
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/30Devices switchable between superconducting and normal states
    • H10N60/35Cryotrons
    • H10N60/355Power cryotrons
    • HELECTRICITY
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10S505/00Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/882Circuit maker or breaker

Description

  • Dauerstron - Schalter Die Erfindung betrifft einen Dauerstrom-Schalter mit einen aupraleitfähigen Band für eine supraleitende Spule.
  • In den letzten Jahren hat die Entwicklung von supraleilenden Systemen mit supraleitenden Spulen zu der Forderung na(h verbesserten Schaltelementen geführt. Obwohl supraleitende Spulen in den Anfangsstadien der Entwicklung lediglich Felder in der Größenordnung von 10 bis 25 Kilogauß erzeugen konnten, wurden diese Magnete vergrößert und ihre Fähigkeit, Felder zu erzeugen, derart gesteigert, daß heute schon Felder von-100 Kilogauß und mehr erreicht werden können und weit größere Felder ins Auge gefaßt werden. Da bekanntlich beim Durchgang von Strom durch einen Supraleiter kein Wärmeverlunt auftritt, kann mit Dauerstron-Schaltern, welche über die Enden einer supraleitenden Spule verbunden sind, In dieser ein Feld erzeugt worden, welchen für beliebig lange Zeit aufrechterhalten worden kann, solange der Stronfluß durch die Spule nicht durch Verluste in anderen Teilen des Schaltkreises vermindert wird. Während schon Dauerstrom-Schalter mit niedriger Strombelastbarkelt gebaut worden, konnte bisher kein Dauerstronfluß in den in Bereich hoher Ströme sehr kritischen aupraleitenden Peldspulen erzeugt worden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dauerstron-Schalter mit einen aupraleitfähigen Band für eine supraleitende Spule zu schaffen, dessen Band induktivitätearn und derart gewickelt ist, daß ein Knicken den Bandes sowie Stellen mit in bezug auf die Elastizitätsgrenze unzulässig kleinen Krümmungsradius vermieden werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zwei voneinander beabstandete, im wesentlichen zylindrische Wickelkörper vorgesehm sind, das Band schlaufenartig um einen der Wickelkörper geführt, hinter der Schlaufe in an sich bekannter Weise aufeinandergelegt und um beide Wickelkörper gewickelt und zwischen seinen Wicklungen eine Reizspiraleeingelagert ist und die Radien der Wickelkörper größer als der-in bezug auf die Elastizitätsgrenze kritische Krümmungsradius des Bandes sind. Somit wird eine mechanische Beschädigung oder Strukturänderung des Bandes durch Überschreiten der Blastizitätsgrenze vermieden werdn. Während man nämlich ohne Wickelkörper gezwungen wäre, wegen der mehr oder weniger undefinierten Biegungsverhältnisse an den Umlenkungsstellen den Banden einen entsprechend hohen Sicherheitsabstand, d.h. einen unnötig großen Wickelradius vorzusehen, kann man gemäß der Erfindung die Um- lenkung des Bandes exakt auf den kritischen Krümmungsradius abstimmen. Um ein einwandfreies Schalten zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß weiterhin eine Reizspirale zwischen den aufeinanderliegenden Wicklungsteilen der bifilaren Wicklung eingelagert bzw. eingeflochten, wodurch eine weitgehend homogene Erwärmung des Wickelbandes und damit eine genaue differenzierte thermische Steuerung des Schalters zwischen dem supraleitfähigen und dem normal leitenden Zustand den Schalters ermöglicht wird.
  • Es ist zwar ein Starkstrozeryotron bekannt, bei den ein bifilar gewickeltes Band von einer Steuerwicklung umgeben wird und beide Wicklungm in einen gemeinsamen Einen-Joch untergebracht sind. Abgesehen davon, daß es sich dabei um keinen Schalter handelt, wird bei dieser bekannten Vorrichtung der Widerstand den Banden über das Magnetfeld der Steuerwicklung beeinflußt, während erfindungsgemäß die Widerstandsänderung des Bandes thermisch erfolgt. Auch ergibt sich bei der bekannten Vorrichtung aus Sicherheitsgründen ein unnötig hoher Krümmungsradius,der inneren Wickelbandlagen, so daß entsprechend größere ungenutzte Zwischenräume zwischen den inneren Lagen als bei der Wicklung des Dauerstromschalters nach der Erfindung entstehen. Obwohl also bei dem Schalter pach der Erfindung ein gewisser Wickelraum durch die Wickelkörper beansprucht wird, ergibt sich überraschenderweise insgesamt, daß nicht nur ein mechanisch stabilerer sondern auch bei gleichen Volumen der Wicklung kompakterer Schalter durch beseere Ausnützung des Wickelraumen.geschaffen wird. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.wird in folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert: Fig.1 zeigt eine Draufsidit auf die Widdung eines Dauerstrom-Schalters gemäß.der Erfindung, Fig.2 zeigt perspektivisch unter Preilagung von Teilen den Aufbau der Wicklung,des Dauerstrom-Schalters, Pig.3 gibt in Porn einer Schaltskizze wieder, in welcher Weise der Dauerstrom-Schalter elektrisch über die Enden der Spule verbunden ist, Allgemein ausgedrückt,enthält der Dauerstrom-Schalter der Erfindung einen bandförmigen Supraleiter von größerer Breite als Dicke, welcher bifilar um zwei Kerne gewickelt Ist, so daß durch die Betätigung des Schaltern keine induktiven Verluste entstehen. In dem bifilar gewickelten Band ist eine elektrische Reizvorrichtung, beispielsweise ein elektrischer Widerstandsdraht, unmittelbar mit eingewickelt, so daß die Wicklung beliebig erwärmt werden kann, um sie von den supraleitenden in den normalleitenden Zustand zu bringen. Bei den Wicklungsverfahren wird das Band doppelt gelegt, indem es um einen der Wickelkörper gebogen und das derart doppeltliegende Band um den anderen Wickelkörper geführt und schließlich um beide herungewickelt wird, bis eine Wicklung der gewünschten Windungszahl ausgeführt ist. Der Reizdraht wird gleichzeitig mit den supraleitenden Band aufgewickelt. Zwischen den Enden den aufgewickelten Bandes und den Anschlüssen der Wicklung und zwischen der elektrischen Reizvorrichtung und einer elektrischen Stromquelle werden elektrische Verbindungen vorgesehen. Wie schon erwähnt wurde, erfordert die Anwendung von supraleitenden Spulen den Gebrauch einen Dauerstromsohalters, da es dieser einer supraleitenden Spule ermöglicht, Ihr ursprünglich erregtes Magnetfeld ohne äußere Energiezufuhr aufreohtzuerhalten. Die Art und Weine, wie der Baueretrom-Sohalter nach der Erfindung eine derartige vorteilhaft* Anwendung ermöglicht, kann an besten an Hand der Zeichnungen erläutert worden. In Figur 1 wie auch in Figur 2 ist das aupraleitende Band 10 bedeutend breiter als dick. Dienen Band kann aus vorsehiedenen aupraleitenden Legierungen bestehen, wird aber vorzugsweise aus der zupraleitenden Legierung Nb 3 82 ge- fertigt. Der W2dungsteil den enpraleitenden Schaltern wird aufgebaut, Indm eine vorbestimmte Länge des Bandes 10 um einen Wickelkörper 11, dessen Radius größer als der kritische Krümmungsradius des Bandes Ist, geführt und doppelt gelegt wird. Bei dieser Art, das Band um den Wickelkörper zu biegen, entsteht um den Wickelkörper 11 eine Schleife 12. Nachdem das Band in dieser Weine doppelt gelegt wurde, wird es um den zweiten Wickelkörper 13 gebogen bzw. gewickelt, so daß es sich in der Richtung umkehrt und tun Kern 11 zurück verläuft. Danach wird das doppeltliegende Band um die beiden Kerne 11 und 13 gewickelt, bis eine Wicklung der vorher gewählten Windungszahl erhalten wird. Das Vorhandensein der Wickelkörper 11 und 13, deren Radien größer als der kritische Krümmungsadius des Banden sind, machen es möglich, das Band derart bifilar zu biegen und zu wickeln, daß mit Sicherheit keine Rißbildung oder andere mechanische Brüche die physikalische und damit elektrische Unversehrtheit des Supraleiters gefährden. Da das supraleitende Band 10 bifilar doppelt gelegt Ist, treten beim Stronfluß keine Induktivon Verlusteauf. Dies kommt bkanntlich daher, daß das in einer Richtung durch den Stronfluß erzeugte Feld durch das Feld des Stronfluseen der Gegenrichtung vollständig kompensiert wird. Der Aufbau den Dauerstrom-Schaltern kann an besten an Hand von Fig.2 verstanden worden. In einen Gehäuse 15 sind di-o Wickelkörper 11 und 13 und die Wicklung 16 angeordnet. Innerhalb der Wloklung 16 wurde eine elektrische Holzvorriohtung 17 vorgesehen, so daß durch Anlegen einer Spannung an den bezeJdineten Anschlüssen die Temperatur der Wicklung erhöht und der Übergang vom supraleitenden Zustand zu einen normalen Widerstand erreicht wird. In der praktischen Ausführung würde das Innere des Gehäuses 15 mit einen Material mit niedrigem thernischen Leitwert ausgefüllt, so daß die der supraleitenden Wicklung zugeführte Wärme nicht besonders groß sein mUßte. (Der Schalter Ist bekanntlich in einer Umgebung besonders niedriger Temperatur untergebracht).
  • In Fig.3 ist als Schaltsymbol eine supraleitende Spule 20 dargestellt, welche einen Dauerstrom-Schalter 21 aufweist, der über ihre Enden verbunden ist. In Betriebszustand würde die Spule 20 über ihre Anschlüsee 22 und 23 mit Strom versorgt,und zur gleichen Zeit würde der elektrischen Heizvorrichtung des Dauerstrom-Schalters 21 von einer Stromquelle 24 elektrische Energie zugeführt.-Wenn sich die Wicklung des Schalters in ihrem normalleitenden Zustand befindet, wird der gesamte über die Anschlüste 22 und 23 eingespeiste Strom durch die Spule 20 fließen. Sobald durch die Spule 20 das gewünschte Feld erzeugt worden ist, wird die Stromversorgung von der Widerstandsheizung In dem Dauerstrom-Schalter 21 abgeschaltet, so daß die supraleitende Wicklung 16 von ihrem normalleitenden in ihren supraleitenden Zustand übergeht. Zu dieser Zeit ist die äußere Energiezufuhr zu der Spule 20 unterbrochen, und der schon in-System vorhandene Strom fliegt in dem aus der Spule 20 und den Dauerstrom-Schalter 21 gebildeten Kreise weiter. Der Dauerstrom-Schalter nach der Erfindung kann nahe der Spule angeordnet wrden und erfordert keine besondere magnetische Abschirmung, da er weitgehend unabhängig von der magnetischen Feldstärke ist. Die Wicklungsanordnung ist für die supraleitenden Anschlüsse bequem zugänglich.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n a p r u a h Dauerstrom-Schalter mit supraleitfähigem Band für eine aupraleitende Spule, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander beabstandete, in wesentlichen zylindrische Wickelkörper (11, 13) vorgesehen sind, das Band (10) schlaufenartig um einen der Wickelkörper (11) geführt, hinter der Schlaufe in an sich bekannter Weise aufeinandergelegt und um beide Wickelkörper gewickelt und zwischen seinen Wieklungen eine Reizspirale In es eingelagert ist und die Radien der Wiokelkörper größer als der in bezug auf die Elastizitätsgrenze kritische Krümmungsradius des Bandes ist.
DE19671589823 1966-05-02 1967-04-27 Dauerstrom-Schalter Pending DE1589823A1 (de)

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US546625A US3359394A (en) 1966-05-02 1966-05-02 Persistent current switch

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DE19671589823 Pending DE1589823A1 (de) 1966-05-02 1967-04-27 Dauerstrom-Schalter

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US3359394A (en) 1967-12-19
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JPS4410703Y1 (de) 1969-04-30

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