DE2137776A1

DE2137776A1 - POLE SWITCH FOR A SUPRAL CONDUCTING MAGNET

Info

Publication number: DE2137776A1
Application number: DE19712137776
Authority: DE
Inventors: Siegfried Gassong
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-28
Filing date: 1971-07-28
Publication date: 1973-02-08

Description

einen Polumschalter für supraleitenden Magneten DieErfindung bezieht sich auf einen Polumschalter für einen supraleitenden Magneten, der an eine Stromquelle angeschlossen ist.a pole-changing switch for Superconducting Magnet The invention relates to a pole changing switch for a superconducting magnet which is connected to a power source.

Die supraleitende Spule ermöglicht bekanntlich die Erzeugung hoher Feldstärken mit guter Stabilität und Homogenität bei verhältnismäßig geringem Energieaufwand. Die Stromversorgung solcher Magnetspulen muß verschiedene 3edingungen erfüllen, die zum Teil einander widersprechen. Die Spulen werden im allgemeinen aus dem nrehstromnetz über einen Gleichrichter gespeist. Pür den Betriebsstrom sind besondere Steuerglieder erforderlich, weil der Stromanstieg begrenzt werden muß und im allgemeinen ein wenigstens etwa linearer Stromanstieg erwünscht ist. Perner wird der Strommaximalwert auf einen festen Wert eingestellt. Auch eine Abschaltmöglichkeit im Falle einer Störung im Kühlkreislauf ist vorgesehen. Eine besonders eingebaute Stromquelle kann zur Speisung einer Heizwicklung für den Kurzschlußschalter vorgesehen sein.As is known, the superconducting coil enables high levels to be generated Field strengths with good stability and homogeneity with relatively low energy consumption. The power supply of such solenoid coils must meet various 3 conditions, some of which contradict each other. The coils are generally from the three-phase network fed through a rectifier. There are special control elements for the operating current required because the current rise must be limited, and generally at least one an approximately linear increase in current is desired. Perner is the current maximum value on one fixed value. There is also a switch-off option in the event of a fault in the Cooling circuit is provided. A specially built-in power source can be used for supply a heating coil can be provided for the short-circuit switch.

In verschiedenen Anwendungsfällen ist es erforderlich, den Supraleitungsmagneten mit periodisch wechselnder Feldrichtung zu betreiben, beispielsweise wenn der Einfluß starker Magnetfelder Wechselnder Richtung und Feldstärke auf Festkörper untersucht werden soll. Zur Änderung der Stromrichtung im Magneten sind dann sogenannte Polumschalter erforderlich. Wird dieser Polumschalter nicht bei Strom Null, sondern bei einem beliebigen Strom betätigt, so besteht sowohl für die Spule als auch für die Stromquelle Durchschlagsgefahr. Die Magnetspule erzeugt in diesem Falle eine elektromotorische Kraft, die gleich ist dem Produkt aus dem Laststrom im Magneten und dem Widerstandswert eines Schutzwiderstandes, der in den bekannten Anlagen der Magnetspule parallelgeschaltet ist. Über diesen Schutzwiderstand fließt der Spulenstrom während der UTmschaltung weiter. Die elektromotorische Kraft der Spule beansprucht die Steuerelemente des Polumschalters und auch die Reihenschaltung der Schutzdioden, die in den bekannten Anlagen der Stromversorgungsquelle parallelgeschaltet sind. Die Höhe dieser elektromotorischen Kraft ist abhängig von der Größe des Schutzwiderstandes. Wird der Schutzwiderstand so groß gewählt, daß bei dem maximalen Laststrom die zulässige Spulenspannung nicht überschritten wird, das sind im allgemeinen einige 100 V, so ist ein Ausfall der Stromquelle durch Überbeanspruchung in Sperrichtung möglich. Wird dagegen der Schutzwiderstand so klein gewählt, daß eine Gefährdung der Stromquelle ausgeschlossen ist, so wird die erforderliche Linearität des Stromanstiegs in der Magnetspule nicht mehr erreicht. Der relative Fehler des Spulenstromes beim Stromanstieg gegenüber dem erforderlichen linearen Verlauf ist direkt proportional dem Strom im Schutzwiderstand und außerdem in seiner Form zeitabhängig. Er ist nämlich bei Beginn des Stromanstiegs am größten. Ans diesen beiden einander widersprechenden Forderungen ergibt sich, daß die Feldumpolung in der Magnetspule nur bei sehr kleinen Magnetströmen und möglichst bei Strom Null durchgeführt werden muß.In various applications it is necessary to use the superconducting magnet to operate with periodically changing field direction, for example when the influence Strong magnetic fields of alternating direction and field strength investigated on solids shall be. So-called pole-changing switches are used to change the direction of the current in the magnet necessary. If this pole-changing switch is not at zero current, but at one operated any current, there is both for the coil and for the power source Risk of puncture. In this case, the solenoid generates an electric motor Force that is equal to the product the load current in the magnet and the resistance value of a protective resistor, which in the known systems of Solenoid is connected in parallel. The coil current flows through this protective resistor during the switchover. The electromotive force of the coil is claimed the control elements of the pole-changing switch and also the series connection of the protective diodes, which are connected in parallel to the power supply source in the known systems. The level of this electromotive force depends on the size of the protective resistor. If the protective resistance is selected so large that the permissible Coil voltage is not exceeded, that is generally a few 100 V, so a failure of the power source due to overloading in the reverse direction is possible. If, on the other hand, the protective resistance is chosen to be so small that the power source is at risk is excluded, the required linearity of the current rise in the Solenoid coil no longer reached. The relative error in the coil current when the current increases compared to the required linear course is directly proportional to the current in the protective resistance and also in its form time-dependent. Because he is with The beginning of the current surge is greatest. Of these two contradicting one another Requirements result that the field reversal in the magnet coil only with very small Magnetic currents and, if possible, must be carried out at zero current.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Polumschalter für Supraleitungsmagnete zu schaffen, der die genannten Forderungen mit geringem Aufwand erfüllen soll und der möglichst wartungsfrei und verschleißarm arbeitet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Anschlüsse des Magneten über zwei Paare von Thyristoren, die jeweils entgegengesetzten Richtungen des Stromes im Magneten zugeordnet sind, an eine Stromquelle angeschlossen sind. Den einzelnen Thyristoren ist jeweils in bekannter Weise eine Steuereinrichtung, ein sogenannter Steuersatz, zugeordnet, der sein Steuersignal von einer Überwachungseinrichtung erhält. Der Überwachungseinrieh%-ung wird die Spannung am Magneten und der Strom im Magneten als Eingangssignal vorgegeben. Sie gibt in Abhängigkeit von der Größe dieser Istwerte jeweils den beiden Thyristoren einen Steuerimpule, die einer vorbestimmten Stromrichtung des Magneten zugeordnet sind, Die Überwachungseinrichtung ist ferner mit Signaleingängen für Handbetätigung, insbesondere zur Inbetriebnahme und zum Abschalten der Magnetspule, versehen, AuBerdem können vorteilhaft auch noch Eingänge für eine Fernbetätigung vorgesehen sein.The invention is based on the object of a pole-changing switch for To create superconducting magnets that meet the aforementioned requirements with little effort should meet and which works as maintenance-free and low-wear as possible. This task is achieved according to the invention in that the two connections of the magnet over two pairs of thyristors, each having opposite directions of the current are assigned in the magnet, are connected to a power source. The single Thyristors is in a known manner a control device, a so-called Tax rate, assigned to its control signal from a monitoring device receives. The monitoring unit controls the voltage at the magnet and the current specified in the magnet as an input signal. It gives depending on the size these actual values each send a control pulse to the two thyristors, which is a predetermined Current direction of the magnet are assigned, the monitoring device is also with signal inputs for manual operation, especially for commissioning and for Switching off the solenoid, provided, inputs can also be advantageous be provided for remote control.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Polumschalters nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, in which an embodiment of a pole changer according to the invention is illustrated schematically.

In der Figur ist eine supraleitende Magnetspule mit 2, ihr Schutzwiderstand mit 4 und eine Versorgungsstromquelle mit 6 bezeichnet. Der Versorgungsstromquelle, die beispielsweise ein Drehstromnetz mit nachgeschaltetem Gleichrichter sein kann, ist eine Reihenschaltung von Schutzdioden 8 parallelgeschaltet. Die Anschlüsse der Magnetspule 2 sind jeweils über einen in Flußrichtung des Laststromes gepolten Thyristor 10 bzw. 11 mit der Stromquelle 6 verbunden. Der Reihenschaltung jedes dieser Thyristoren 10 und 11 mit der Stromquelle 6 ist jeweils ein weiterer Thyristor 12 bzw, 17 parallelgeschaltet. In Reihe mit der Magnetspule 2 ist noch ein Meßwiderstand 14 vorgesehen, an dem ein dem Laststrom der Spule 2 proportionales Steuersignal abgenommen und dem Eingang einer Überwachungseinrichtung 22 zugeführt werden kann. Einem weiteren Eingang der Uberwachungseinrichtung 22 wird auch ein der Spannung an der Magnetspule 2 proportionales Singangssignal vorgegeben. Jeweils eine Ausgangsleitung der Überwachungseinrichtung 22 ist mit einer Steuereinrichtunar 1 bis 19 verbunden, die jeweils einem der Thyriatoren 10 bis 13 zugeordnet sind. In der Anordnung nach der Erfindung können bekannte Steuersätze verwendet werden, die Zündimpulse mit verhältnismäßig langer Zeitdauer liefern können. Pür die Überwachungseinrichtung 22 ist auch eine Handbetätigung vorgesehen, die als Taster angedeutet und mit E bzw. A bezeichnet sind. Diese Taster können in einem gemeinsamen Gehäuse 24 angeordnet sein. Auch eine Fernbetätigung ist für die Uberwachungseinrichtung 22 vorgesehen; die entsprechenden Eingangsklemmen sind mit 25 und 26 bezeichnet. Diese Eingangsklemmen 25 und 26 können an eine in der Pigur nicht dargestellte elektronische Signaleinrichtung, beispielsweise eine Steuerspannungsquelle für Wobbelbetrieb, angeschlossen sein.In the figure is a superconducting magnet coil with 2, its protective resistor denoted by 4 and a supply current source by 6. The supply power source, which can be, for example, a three-phase network with a downstream rectifier, a series circuit of protective diodes 8 is connected in parallel. The connections of the Magnet coils 2 are each polarized in the direction of flow of the load current via a thyristor 10 and 11 are connected to the power source 6. The series connection of each of these thyristors 10 and 11 with the current source 6, a further thyristor 12 or 17 is connected in parallel. In series with the magnetic coil 2, a measuring resistor 14 is also provided on which a control signal proportional to the load current of the coil 2 is removed and the input a monitoring device 22 can be fed. Another entrance to the Monitoring device 22 is also proportional to the voltage on magnet coil 2 Singing signal specified. One output line each from the monitoring device 22 is connected to a control device 1 to 19, each of which is one of the thyriators 10 to 13 are assigned. In the arrangement according to the invention, known tax rates be used, the ignition pulses with a relatively long duration can deliver. The monitoring device 22 can also be operated manually provided, which are indicated as buttons and labeled E and A, respectively. These buttons can be arranged in a common housing 24. Also a remote control is provided for the monitoring device 22; the corresponding input terminals are labeled 25 and 26. These input terminals 25 and 26 can be connected to an in the Pigur not shown electronic signaling device, for example a Control voltage source for wobble operation, be connected.

Gleichzeitig mit dem Start des Stromanstiegs der Stromquelle 6 wird über den handbetätigten Schalter E oder durch ein Signal von einer Steuereinrichtung, beispielsweise an der Klemme 25, die ihrerseits den Stromanstieg der Stromquelle beeinflußt, der Überwachungseinheit 22 ein Auslöseimpuls zugeführt. Die Überwachungseinheit 22 sorgt dafür, daß die Steuersätze 16 und 17 bzw. 18 und 19 ihre zugeordneten Thyristoren 10 und 11 bzw. 12 und 17 zünden, die für die gewählte Magnetstromrichtung gezündet werden müssen. Das Zündsignal wird solange aufrechterhalten, bis der Strom im Magneten 2 größer als der Haltestrom der Thyristoren ist. Den erforderlichen Dauerimpuls an der Steuere-lektrode der Thyristoren erhält man beispielsweise durch Impulse wechselnder Richtung, die im Steuerkreis des Thyristors gleichgerichtet werden und damit einen entsprechenden Dauerimpuls an die Steuerelektrode des betreffenden Thyristors liefern. Die gezündeten Thyristoren, beispielsweise 10 und 11, führen den Strom des Magneten 2 solange, bis der Strom am Ende der Aberregungsphase den Haltestrom der Thyristoren unterschreitet., Dann erlöschen die Thyristoren von selbst.Simultaneously with the start of the current rise of the power source 6 is via the manually operated switch E or by a signal from a control device, for example at terminal 25, which in turn increases the current of the power source influenced, the monitoring unit 22 is supplied with a trigger pulse. The monitoring unit 22 ensures that tax rates 16 and 17 or 18 and 19 have their assigned thyristors 10 and 11 or 12 and 17 ignite, those ignited for the selected magnet current direction Need to become. The ignition signal is maintained until the current in the magnet 2 is greater than the holding current of the thyristors. The required continuous impulse at the control electrode of the thyristors is obtained, for example, from pulses alternating direction, which are rectified in the control circuit of the thyristor and thus a corresponding continuous pulse to the control electrode of the thyristor concerned deliver. The triggered thyristors, for example 10 and 11, carry the current of the magnet 2 until the current at the end of the de-excitation phase, the holding current of the thyristors falls below., Then the thyristors go out by themselves.

Sobald ein Strom ausreichender Größe im Magneten 2 fließt, stehen der Überwachungseinheit 22 zwei Signale zur Verfügung, die das Umschalten der Laststromrichtung bei unzulässiger Stromstärke verhindert. Das eine Signal erhält die Überwachungseinrichtung 22 durch den Spannungsabfall am Meßwiderstand 14. Solange der Strom im Magneten 2 größer ist als der Haltestrom der Thyristoren, wird die elektromotorische Kraft der Spule 2 als Steuerkriterium für die Überwachungseinrichtung 22 verwendet.As soon as a current of sufficient magnitude flows in the magnet 2, stop the monitoring unit 22 has two signals available that switch the load current direction prevented in the event of impermissible amperage. The monitoring device receives one signal 22 due to the voltage drop on the Measuring resistor 14. As long as the current in magnet 2 is greater than the holding current of the thyristors, the electromotive Force of the coil 2 is used as a control criterion for the monitoring device 22.

Beide Signale werden in geeigneter Weise, beispielsweise mittels trägheitsloser elektronischer Schaltelemente, nach den logischen Funktionen, sogenannter Gatter, miteinander verknüpft. Mit diesen Gattern wird eine Verriegelungsschaltung derart gebildet, daß die erforderlichen Ausgangssignale für die Steuersätze 16 und 17 bzw. 18 und 19 nur gegeben werden, wenn der Spulenstrom wenigstens annähernd Null ist.Both signals are generated in a suitable manner, for example by means of inertia electronic switching elements, according to the logical functions, so-called gates, linked together. With these gates, a latch circuit becomes such formed that the required output signals for the tax rates 16 and 17 or 18 and 19 are only given when the coil current is at least approximately zero.

Der Schutzwiderstand 4 kann bei Verwendung eines Polumschalters nach der Erfindung zur-Erzielung eines linearen Stromanstiegs so groß gemacht werden, daß die zulässige Spulenspannung nicht überschritten wird.The protective resistor 4 can after using a pole-changing switch of the invention to achieve a linear increase in current are made so large, that the permissible coil voltage is not exceeded.

Bei Netzausfall besteht keine Gefahr für die Stromquelle 6, weil die Schutzdioden 8 die Sperrspannung für die jeweils eingeschalteten Thyristoren auf einen ungefährlichen Wert begrenzen. Die Thyristoren 10, 11 bzw. 12, 13 bleiben auch bei Netz ausfall solange leitend, bis der Halte strom unterschritten wird. Den erforderlichen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung des einzelnen Thyristors liefert in diesem Fall die elektromotorische Kraft der Magnetspule 2.In the event of a power failure, there is no danger to the power source 6 because the Protection diodes 8 on the reverse voltage for the respectively switched on thyristors limit a safe value. The thyristors 10, 11 and 12, 13 remain Also conductive in the event of a power failure until the holding current is undershot. The required voltage drop in the forward direction of the individual thyristor in this case supplies the electromotive force of the magnet coil 2.

6 Patentansprüche 1 Figur6 claims 1 figure

Claims

Claims 0 Pole switch for a superconducting magnet, which is connected to a power source, characterized in that the two Connections of the magnet (2) via two pairs of thyristors (10, 11 or 12, 13), assigned to the opposite directions of the current in the magnet (2) are connected to a power source (6).

2. Pole-changing switch according to claim 1, characterized in that the Thyristors (10 to 13) are assigned a monitoring device (22) which is shown in Depending on the magnitude of the current in the magnet (2), it depends on the direction of the current of the magnet (2) assigned thyristor (10, 11 or 12, 13) a control pulse gives.

3. Pole-changing switch according to claim 2, characterized in that in A measuring resistor (14) is arranged in series with the magnet (2), the voltage of which is provided as an input signal for the monitoring device (22).

4. Pole-changing switch according to claim 2, characterized in that the The voltage at the magnet (2) of the monitoring device (22) is specified as an input signal is.

5. Pole-changing switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that that for the two, a direction of flow of the current in the magnet (2) assigned Thyristors (10, 11 or 12, 13) each have a control element (E, A) for specifying a Hand control signal is assigned.

6. Pole-changing switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the monitoring device (22) has at least one input for remote control is provided.