JPH08330128A - Quench detecting method for superconducting coil - Google Patents

Quench detecting method for superconducting coil

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JPH08330128A
JPH08330128A JP7133391A JP13339195A JPH08330128A JP H08330128 A JPH08330128 A JP H08330128A JP 7133391 A JP7133391 A JP 7133391A JP 13339195 A JP13339195 A JP 13339195A JP H08330128 A JPH08330128 A JP H08330128A
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JP
Japan
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superconducting coil
quench
superconducting
voltage
coil
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JP7133391A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Yoneda
修 米田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • 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

PURPOSE: To provide a method for detecting the quench of a superconducting coil with high reliability by reducing the detecting error and the calculating error of a quench voltage by excluding the influence of the coil and other component having electromagnetic synergistic action. CONSTITUTION: The primary side voltage V1, secondary side voltage V2 and primary side current I1 and secondary side current I2 of a transformer 14 formed of a primary winding 10 and a secondary winding 12 of superconducting coils are detected, and input to an A-D converter 26. A predetermined circuit calculation is conducted by a DSP 32 by using the detected values digitally converted by the converter 26, and the quench resistances when quench occurs at the windings 10, 12 are calculated. These resistances are compared with a threshold value Rr by a comparator 34, the time exceeding the value Rr is measured by a timer 36, and when the time exceeds the reference time Tr, a quench detection signal is outputted from the timer 36.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超電導コイル、特に超電
導モータあるいは超電導変圧器等に使用され、他の構成
要素による誘導起電圧が発生する超電導コイルのクエン
チ検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting coil, and more particularly to a method of detecting a quench of a superconducting coil which is used in a superconducting motor or a superconducting transformer and in which an induced electromotive voltage is generated by other components.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に超電導コイルにおいては、安全対
策上の理由から高い信頼性でクエンチの発生を検出する
必要がある。
2. Description of the Related Art Generally, in a superconducting coil, it is necessary to detect the occurrence of quench with high reliability for safety reasons.

【0003】特に、同時に2箇所以上でクエンチが発生
した場合にもクエンチ検出ができるようなクエンチ検出
方法が従来から望まれており、特開平6−275432
号公報には、このような検出方法が開示されている。
In particular, there has been a long-felt demand for a quench detection method capable of performing quench detection even when quenches occur at two or more locations at the same time.
This publication discloses such a detection method.

【0004】図6には、上記従来例に開示された超電導
コイルのクエンチ検出装置の構成が示される。図6にお
いて、超電導コイル100の両端電圧は、絶縁102を
介して電圧比較器104の一方の端子に入力される。一
方、超電導コイル100に流れる電流は、電流検出器1
06により検出され、電流検出器106の出力が端子電
圧演算器108に入力される。端子電圧演算器108に
おいては、電流の時間微分にインダクタンスを乗じた値
すなわち電圧相当であるL・dI/dtが出力され、電
圧比較器104の他方の端子に入力される。
FIG. 6 shows the configuration of the quench detecting device for a superconducting coil disclosed in the above-mentioned conventional example. In FIG. 6, the voltage across the superconducting coil 100 is input to one terminal of the voltage comparator 104 via the insulation 102. On the other hand, the current flowing through the superconducting coil 100 is the current detector 1
The output of the current detector 106 is input to the terminal voltage calculator 108. In the terminal voltage calculator 108, a value obtained by multiplying the time differential of the current by the inductance, that is, L · dI / dt corresponding to the voltage is output and input to the other terminal of the voltage comparator 104.

【0005】電圧比較器104では、超電導コイル10
0の両端電圧と、超電導コイル100に流れる電流の時
間変化から端子電圧演算器108で算出された電圧相当
とが比較され、その出力が次段の電圧比較器110に入
力される。電圧比較器110では前段の電圧比較器10
4の出力が、検出基準電圧Vrと比較され、Vrより大
きくなるとタイマ112により時間がカウントされる。
電圧比較器104の出力が検出基準電圧Vrより大きい
状態がクエンチ検出のための検出基準時間Trより長く
なると、超電導コイル100がクエンチしたと判断さ
れ、タイマ112よりクエンチ検出信号が発生される。
In the voltage comparator 104, the superconducting coil 10
The voltage between both ends of 0 is compared with the voltage equivalent calculated by the terminal voltage calculator 108 from the time change of the current flowing through the superconducting coil 100, and the output is input to the voltage comparator 110 of the next stage. In the voltage comparator 110, the voltage comparator 10 of the previous stage
The output of 4 is compared with the detection reference voltage Vr, and when it becomes larger than Vr, the timer 112 counts time.
When the state where the output of the voltage comparator 104 is larger than the detection reference voltage Vr becomes longer than the detection reference time Tr for quench detection, it is determined that the superconducting coil 100 has been quenched, and the timer 112 generates a quench detection signal.

【0006】上述した従来例においては、超電導コイル
100を複数の部分に分割してクエンチ検出を行うので
はなく、超電導コイル100の両端電圧を、端子電圧演
算器108の出力と比較することにより、クエンチ検出
を行っているので、複数箇所に同時にクエンチが発生し
てもこれを検出することができる。
In the above-described conventional example, the superconducting coil 100 is not divided into a plurality of parts for quench detection, but the voltage across the superconducting coil 100 is compared with the output of the terminal voltage calculator 108 to obtain Since quench detection is performed, it is possible to detect even if quench occurs simultaneously in a plurality of places.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
おいては、超電導コイル100の両端電圧を自己インダ
クタンスLによる誘導起電力と抵抗による電圧との和と
して演算しているので、超電導モータに使用した場合に
は電機子(ロータ)の反作用、超電導変圧器に使用した
場合には2次側電流による誘導起電力等の電磁的相互作
用の影響を浮け、誤動作するおそれがある。このため、
超電導モータ、超電導変圧器、ブリッジ型SMES(超
電導磁気エネルギー貯蔵装置、Super Condu
ctingMagnetic Energy Stra
ge)等の超電導コイルへの適用は困難であるという問
題がある。
However, in the above conventional example, since the voltage across the superconducting coil 100 is calculated as the sum of the induced electromotive force due to the self-inductance L and the voltage due to the resistance, it is used for the superconducting motor. In this case, the reaction of the armature (rotor) may occur, and when it is used in a superconducting transformer, the influence of electromagnetic interaction such as induced electromotive force due to the secondary current may float, which may cause malfunction. For this reason,
Superconducting motor, superconducting transformer, bridge type SMES (superconducting magnetic energy storage device, Super Condu
ctingMagnetic Energy Stra
There is a problem that it is difficult to apply ge) to superconducting coils.

【0008】また、SMES、超電導変圧器等の場合に
は、通常使用電圧が数kVのレベルであり、その中のク
エンチによる電圧はmVのレベルである。従って、一般
の安価な計測検出システムではクエンチ電圧の分離検出
は困難であるという問題もあった。
In the case of SMES, superconducting transformer, etc., the normally used voltage is at the level of several kV, and the voltage due to quenching therein is at the level of mV. Therefore, there is a problem that it is difficult to separate and detect the quench voltage with a general inexpensive measurement and detection system.

【0009】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、超電導コイルと電磁的相互作用
を有する他の構成要素の影響を排除し、クエンチ電圧の
検出誤差や計算誤差を小さくして高い信頼性の超電導コ
イルのクエンチ検出方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to eliminate the influence of other components having an electromagnetic interaction with the superconducting coil and to eliminate the detection error and the calculation error of the quench voltage. A small and highly reliable method of detecting a quench in a superconducting coil is provided.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超電導モータのステータあるいは超電導
変圧器の1次コイル等に使用され、超電導モータのロー
タあるいは超電導変圧器の2次コイル等の他の構成要素
と電磁的相互作用を有する超電導コイルのクエンチ検出
方法であって、超電導コイルの両端電圧をモニタし、前
記他の構成要素との電磁的相互作用を考慮した方程式か
ら超電導コイルに発生する誘導起電圧を算出し、前記モ
ニタされた超電導コイルの両端電圧と前記算出された誘
導起電圧とを比較し、超電導コイルのクエンチ発生の有
無を判断することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is used for a stator of a superconducting motor, a primary coil of a superconducting transformer, or the like, and a rotor of a superconducting motor or a secondary coil of a superconducting transformer. A method for detecting a quench of a superconducting coil having an electromagnetic interaction with other components such as a superconducting coil by monitoring the voltage across the superconducting coil and considering the electromagnetic interaction with the other components. It is characterized in that the induced electromotive voltage generated in the superconducting coil is calculated, and the monitored both-end voltage of the superconducting coil is compared with the calculated induced electromotive voltage to determine whether or not the quench occurs in the superconducting coil.

【0011】また、超電導変圧器に使用される超電導コ
イルのクエンチ検出方法であって、超電導変圧器の1次
側電圧、1次側電流、2次側電圧、2次側電流をそれぞ
れ検出し、これらの値を使用して回路方程式から超電導
コイルに発生している電気抵抗を算出し、前記算出され
た電気抵抗と基準抵抗とを比較し、前記算出された電気
抵抗が前記基準抵抗を越える状態が所定時間継続したか
否かにより超電導コイルのクエンチ発生の有無を判断す
ることを特徴とする。
A quench detecting method for a superconducting coil used in a superconducting transformer, wherein the primary side voltage, the primary side current, the secondary side voltage and the secondary side current of the superconducting transformer are respectively detected, The electric resistance generated in the superconducting coil is calculated from the circuit equation using these values, the calculated electric resistance and the reference resistance are compared, and the calculated electric resistance exceeds the reference resistance. It is characterized in that whether or not the quenching of the superconducting coil has occurred is determined by whether or not has continued for a predetermined time.

【0012】また、上記超電導コイルのクエンチ検出方
法は、超電導コイルのクエンチ発生の有無の判断を、超
電導コイルに流れる電流の変化率が小さい時期に行うこ
とを特徴とする。
The method for detecting quenching of the superconducting coil is characterized in that the presence or absence of quenching of the superconducting coil is judged when the rate of change of the current flowing through the superconducting coil is small.

【0013】[0013]

【作用】上記構成によれば、超電導コイルと電磁的相互
作用を有する他の構成要素の影響を考慮した方程式によ
り超電導コイルに発生する誘導起電圧を算出しているの
で、これらの影響を排除することができる。
According to the above construction, since the induced electromotive voltage generated in the superconducting coil is calculated by the equation considering the influence of the other components having electromagnetic interaction with the superconducting coil, these influences are eliminated. be able to.

【0014】また、クエンチ発生の有無は、電流の変化
率が小さい時期に判断するので、クエンチ電圧の検出誤
差や計算誤差を小さくすることができる。
Further, since the presence or absence of the quench is judged when the rate of change of the current is small, it is possible to reduce the detection error and the calculation error of the quench voltage.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】実施例1.図1には、本発明に係る超電導
コイルのクエンチ検出方法を変圧器に応用した例が示さ
れる。図1において、1次巻線10と2次巻線12とに
より構成される変圧器14には、その1次側に電源16
がまた2次側には負荷18が接続されている。変圧器1
4の1次側の電圧V1は、絶縁20を介して、また2次
側の電圧V2は絶縁22を介して、それぞれフィルタ2
4によりノイズを除去された後にA/D変換器26に入
力される。また変圧器14の1次側電流I1は電流計2
8及びフィルタ24を介して、また2次側の電流I2は
電流計30及びフィルタ24を介してそれぞれA/D変
換器26に入力される。
Example 1. FIG. 1 shows an example in which the quench detection method for a superconducting coil according to the present invention is applied to a transformer. In FIG. 1, a transformer 14 composed of a primary winding 10 and a secondary winding 12 has a power source 16 on its primary side.
However, the load 18 is connected to the secondary side. Transformer 1
The voltage V1 on the primary side of No. 4 via the insulation 20 and the voltage V2 on the secondary side via the insulation 22 respectively.
After the noise is removed by 4, the signal is input to the A / D converter 26. The primary side current I1 of the transformer 14 is the ammeter 2
8 and the filter 24, and the secondary current I2 is input to the A / D converter 26 via the ammeter 30 and the filter 24, respectively.

【0017】A/D変換器26によりディジタル変換さ
れた上述の1次側、2次側の各電圧及び電流は、ディジ
タルシグナルプロセッサ(DSP)32によって所定の
演算が行われる。以下にこの演算の内容について説明す
る。
A predetermined operation is performed by the digital signal processor (DSP) 32 on each of the voltages and currents on the primary side and the secondary side which are digitally converted by the A / D converter 26. The contents of this calculation will be described below.

【0018】図2(a)には図1に示された変圧器14
及びその周辺の回路図が示され、また図2(b)には図
2(a)に示された変圧器の等価回路が示される。な
お、変圧器14は、1次側2次側とも超電導コイルが使
用されており、また巻数比は1対1として以下の説明を
行う。
FIG. 2A shows the transformer 14 shown in FIG.
FIG. 2B shows an equivalent circuit of the transformer shown in FIG. 2A. The transformer 14 uses superconducting coils on both the primary and secondary sides, and the following description will be given assuming that the winding ratio is 1: 1.

【0019】図2(b)において、1次側の配線抵抗R
1、超電導コイルである1次巻線10にクエンチが発生
したときのクエンチ抵抗をRq1、1次側の漏れリアク
タンスをL1とし、また2次側の配線抵抗をR2、超電
導コイルである2次巻線12にクエンチが発生したとき
のクエンチ抵抗をRq2、2次側の漏れリアクタンスを
L2とし、変圧器14の相互リアクタンスをMとし、さ
らに1次側の電源電圧をV1、2次側の負荷に発生する
電圧をV2とした場合に、V1及びV2は以下のような
式で表される。
In FIG. 2B, the wiring resistance R on the primary side
1. Quench resistance when quench occurs in the primary winding 10 which is a superconducting coil, Rq1, primary side leakage reactance is L1, and secondary side wiring resistance is R2, superconducting coil secondary winding When the line 12 is quenched, the quench resistance is Rq2, the secondary side leak reactance is L2, the mutual reactance of the transformer 14 is M, and the primary side power supply voltage is V1 and the secondary side load is When the generated voltage is V2, V1 and V2 are expressed by the following equations.

【0020】[0020]

【数1】 V1=I1(R1+Rq1)+(M+L1)(dI1/dt)−M(dI2/ dt)…(1)V1 = I1 (R1 + Rq1) + (M + L1) (dI1 / dt) -M (dI2 / dt) (1)

【数2】 V2=I2(−R2−Rq2)−(M+L2)(dI2/dt)+M(dI1 /dt)…(2) 上記式(1)及び式(2)は、変圧器14の1次側2次
側の電磁的相互作用を考慮した方程式となっている。
## EQU00002 ## V2 = I2 (-R2-Rq2)-(M + L2) (dI2 / dt) + M (dI1 / dt) (2) The above equations (1) and (2) are the primary of the transformer 14. It is an equation considering the electromagnetic interaction on the secondary side.

【0021】ここで、M、L1、L2、R1、R2は既
知である。1次巻線10及び2次巻線12にクエンチが
発生していなければ、Rq1及びRq2は0であるの
で、図1に示されるDSP32によりI1及びI2の時
間変化率すなわちdI1/dt及びdI2/dtを計算
し、またこれらと電流計28、30で検出されたI1、
I2とを使用して式(1)及び式(2)からV1及びV
2が算出できる。
Here, M, L1, L2, R1 and R2 are known. If the primary winding 10 and the secondary winding 12 are not quenched, Rq1 and Rq2 are 0, so that the DSP 32 shown in FIG. 1 causes the rate of change of I1 and I2 with time, that is, dI1 / dt and dI2 / dt is calculated, and I1 detected by these and ammeters 28 and 30
I2 and V1 and V from equation (1) and equation (2)
2 can be calculated.

【0022】以上の様にして、DSP32によって算出
されたV1及びV2は、図1の比較器34により、変圧
器14の1次側及び2次側で実測された1次側電圧V1
及び2次側電圧V2とそれぞれ比較される。比較器34
には、この比較の基準となるしきい値Vrが設定されて
いる。
As described above, V1 and V2 calculated by the DSP 32 are the primary side voltage V1 measured on the primary side and the secondary side of the transformer 14 by the comparator 34 of FIG.
And the secondary side voltage V2, respectively. Comparator 34
Is set to a threshold value Vr that serves as a reference for this comparison.

【0023】1次巻線10又は2次巻線12にクエンチ
が発生した場合には、計算で求めたV1、V2と実測し
たV1、V2との間に差が発生するので、これらの差が
しきい値Vrを越えた場合には、タイマ36が起動され
る。そして、上述した電圧の差がしきい値Vrを越えた
状態の継続時間が基準時間Trを越えた場合にはクエン
チが発生したと判断され、タイマ36からクエンチ検出
信号が出力される。
When the primary winding 10 or the secondary winding 12 is quenched, a difference occurs between the calculated V1 and V2 and the actually measured V1 and V2. When the threshold value Vr is exceeded, the timer 36 is started. Then, when the duration of the state where the above voltage difference exceeds the threshold value Vr exceeds the reference time Tr, it is determined that a quench has occurred, and the timer 36 outputs a quench detection signal.

【0024】次に図1の回路を使用した他のクエンチ検
出方法について説明する。
Next, another quench detection method using the circuit of FIG. 1 will be described.

【0025】上述した式(1)及び式(2)を変形する
と、Rq1及びRq2は以下のように表される。
When the above equations (1) and (2) are modified, Rq1 and Rq2 are expressed as follows.

【0026】[0026]

【数3】 Rq1=(V1−(M+L1)(dI1/dt)+M(dI2/dt))/I 1−R1…(3)## EQU00003 ## Rq1 = (V1- (M + L1) (dI1 / dt) + M (dI2 / dt)) / I1-R1 (3)

【数4】 Rq2=−(V2+(M+L2)(dI2/dt)−M(dI1/dt))/ I2−R2…(4) 上述の通り、M、L1、L2、R1、R2は既知である
ので、I1、I2、V1、V2を検出すれば図1に示さ
れたDSP32により式(3)及び式(4)を使用して
Rq1及びRq2を計算することができる。
## EQU00004 ## Rq2 =-(V2 + (M + L2) (dI2 / dt) -M (dI1 / dt)) / I2-R2 (4) As mentioned above, M, L1, L2, R1 and R2 are known. Therefore, if I1, I2, V1 and V2 are detected, Rq1 and Rq2 can be calculated by the DSP 32 shown in FIG. 1 using the equations (3) and (4).

【0027】DSP32で算出された上述のRq1、R
q2は比較器34に入力され、ここで比較器34に設定
されている所定のしきい値Rrと比較される。1次側巻
線10及び2次側巻線12にクエンチが発生していなけ
れば、Rq1及びRq2はこのしきい値Rrよりも小さ
いはずである。従って、これらの値がRrを越えたとき
にタイマ36が起動され、この状態の継続時間が基準時
間Trを越えた場合には、タイマ36からクエンチ検出
信号が出力される。
The above-mentioned Rq1, R calculated by the DSP 32
q2 is input to the comparator 34, where it is compared with a predetermined threshold value Rr set in the comparator 34. If the primary winding 10 and the secondary winding 12 are not quenched, Rq1 and Rq2 should be smaller than this threshold value Rr. Therefore, when these values exceed Rr, the timer 36 is activated, and when the duration of this state exceeds the reference time Tr, the timer 36 outputs a quench detection signal.

【0028】上述した変圧器14においては、1次側と
2次側の電磁的な相互作用は電流の変化率すなわちdI
1/dt、dI2/dtが大きいときに大きくなる。従
って、クエンチ検出の精度を上げるためにI1、I2が
大きくかつこれらの時間変化率が小さい区間でクエンチ
検出を行うのがよい。
In the above-mentioned transformer 14, the electromagnetic interaction between the primary side and the secondary side is the rate of change of current, that is, dI.
It increases when 1 / dt and dI2 / dt are large. Therefore, in order to improve the accuracy of quench detection, it is preferable to perform quench detection in a section where I1 and I2 are large and the rate of change with time is small.

【0029】例えば、1次巻線10のクエンチ検出を行
う場合には、V1の波形をVm・cosωtとした場合
に、|cosωt|>αとなるような期間でクエンチ判
断すればよい。この場合αは1よりも小さい所定の値と
する。
For example, in the case where the quench detection of the primary winding 10 is performed, when the waveform of V1 is Vm · cosωt, the quench determination may be made in a period such that | cosωt |> α. In this case, α is a predetermined value smaller than 1.

【0030】また平均力率φを考慮した場合には、φ=
cosθとして、|cos(ωt+θ)|>αとなる期
間でクエンチ判断すればよい。
If the average power factor φ is taken into consideration, φ =
As cos θ, the quench determination may be made in a period where | cos (ωt + θ) |> α.

【0031】さらに、1次側電流I1によってクエンチ
判断をする期間を定める場合には、I1の波形をImc
osωtとした場合に、|cosωt|>αとして期間
を定めればよい。
Further, when the period for making the quench judgment is determined by the primary side current I1, the waveform of I1 is set to Imc.
When osωt is set, the period may be set as | cosωt |> α.

【0032】なお本実施例においては、変圧器14に本
発明に係る超電導コイルのクエンチ検出方法を応用した
場合を説明したが、超電導モータに応用することもでき
る。この場合図1及び図2に示した2次側の回路は、モ
ータのロータに相当するので、式(1)から式(4)ま
でにおける2次側の物理量は、それぞれモータのロータ
の電流や回転角度に置き換えて方程式を立てればよい。
In this embodiment, the case where the quench detection method for a superconducting coil according to the present invention is applied to the transformer 14 has been described, but it can also be applied to a superconducting motor. In this case, the circuits on the secondary side shown in FIGS. 1 and 2 correspond to the rotor of the motor. Therefore, the physical quantities on the secondary side in equations (1) to (4) are the currents of the rotor of the motor and The equation can be established by substituting the rotation angle.

【0033】実施例2.図3には、本発明に係る超電導
コイルのクエンチ検出方法を半導体スイッチング素子を
用いた回路に応用した例が示される。なお、図3におい
ては、2次側の回路は省略してあり、また、絶縁20、
フィルタ24、A/D変換器26、1次側の電流計2
8、DSP32、比較器34及びタイマ36はそれぞれ
図1に示されたものと同じであるので、その説明は省略
する。
Example 2. FIG. 3 shows an example in which the quench detection method for a superconducting coil according to the present invention is applied to a circuit using a semiconductor switching element. In FIG. 3, the circuit on the secondary side is omitted, and the insulation 20,
Filter 24, A / D converter 26, primary side ammeter 2
8, the DSP 32, the comparator 34, and the timer 36 are the same as those shown in FIG.

【0034】図3において、超電導コイル40には、永
久電流スイッチ42が接続されており、さらにブリッジ
44にも接続されている。ブリッジ44は、負荷46の
消費電力に応じて、電源16からの電流に加えて超電導
コイル40からも負荷46に電流を供給するモードと、
負荷46で消費しきれなかった電源16からの電流を超
電導コイルに蓄えるモードとを切り替える機能を有して
いる。このブリッジ44は、コレクタエミッタ間にダイ
オードが接続された4つのトランジスタS1、S(−)
1、S2、S(−)2より構成されている。なおS
(−)は反転を意味しており、トランジスタS1に制御
信号としてHが入力されたときにトランジスタS(−)
1には制御信号としてLが入力されることを意味してい
る。
In FIG. 3, a persistent current switch 42 is connected to the superconducting coil 40, and further connected to a bridge 44. The bridge 44 supplies a current to the load 46 from the superconducting coil 40 in addition to the current from the power supply 16 according to the power consumption of the load 46.
It has a function of switching between a mode in which the current from the power source 16 which cannot be consumed by the load 46 is stored in the superconducting coil. The bridge 44 includes four transistors S1 and S (-) each having a diode connected between the collector and the emitter.
1, S2, and S (-) 2. Note that S
(−) Means inversion, and when H is input to the transistor S1 as a control signal, the transistor S (−)
1 means that L is input as a control signal.

【0035】図4には、ブリッジ44の制御回路の構成
図が示される。この制御回路から出力される制御信号C
S1は、トランジスタS1及びS(−)1の制御信号で
あり、また、制御信号CS2は、トランジスタS2及び
S(−)2の制御信号である。
FIG. 4 shows a block diagram of the control circuit of the bridge 44. Control signal C output from this control circuit
S1 is a control signal for the transistors S1 and S (-) 1, and control signal CS2 is a control signal for the transistors S2 and S (-) 2.

【0036】図4に示された制御回路には、クエンチ検
出READY信号とPWM信号とが入力されている。ク
エンチ検出READY信号は、OR回路48にバッファ
54を経由して、また、AND回路50にインバータ5
2を経由して入力される。
The quench detection READY signal and the PWM signal are input to the control circuit shown in FIG. The quench detection READY signal is sent to the OR circuit 48 via the buffer 54 and to the AND circuit 50 by the inverter 5
It is input via 2.

【0037】通常クエンチ検出READY信号はLの状
態であり、PWM信号が負荷46の電力消費量に応じて
HとLの状態を繰り返している。PWM信号がHの時に
は、OR回路48の出力であるCS1はHとなる。ま
た、AND回路50の出力である制御信号CS2は、A
ND回路50にクエンチREADY信号(L)がインバ
ータ52により反転された信号が入力されているので、
これもHとなる。
Normally, the quench detection READY signal is in the L state, and the PWM signal repeats the H and L states according to the power consumption of the load 46. When the PWM signal is H, the output CS1 of the OR circuit 48 is H. The control signal CS2 output from the AND circuit 50 is A
Since the signal obtained by inverting the quench READY signal (L) by the inverter 52 is input to the ND circuit 50,
This is also H.

【0038】一方、PWM信号がLの時には、OR回路
48の出力である制御信号CS1がLとなり、AND回
路50の出力である制御信号CS2も同様にLとなる。
On the other hand, when the PWM signal is L, the control signal CS1 output from the OR circuit 48 is L, and the control signal CS2 output from the AND circuit 50 is also L.

【0039】上述したようにこのPWM信号は負荷46
の電力消費量に応じてH及びLのパルス幅が決定される
が、PWM信号のH及びLにより制御信号CS1及びC
S2のH及びLが決定されるので、クエンチ検出REA
DY信号がLの状態では、これによりブリッジ44の4
つのトランジスタのON/OFFが切り替えられること
になる。
As described above, this PWM signal is applied to the load 46.
The pulse widths of H and L are determined according to the power consumption of the control signals CS and C depending on H and L of the PWM signal.
Since H and L of S2 are determined, quench detection REA
When the DY signal is at L, this causes the bridge 44 to
ON / OFF of two transistors will be switched.

【0040】すなわち、PWM信号がHであり、制御信
号CS1及びCS2がHのときには、ブリッジ44のト
ランジスタS1及びS2がONとなり、トランジスタS
(−)1及びS(−)2がOFFとなる。また反対にP
WM信号がLのときには、ブリッジ44のトランジスタ
S1及びS2がOFFとなり、トランジスタS(−)1
及びS(−)2がONとなる。
That is, when the PWM signal is H and the control signals CS1 and CS2 are H, the transistors S1 and S2 of the bridge 44 are turned on and the transistor S is turned on.
(-) 1 and S (-) 2 are turned off. On the contrary, P
When the WM signal is L, the transistors S1 and S2 of the bridge 44 are turned off, and the transistor S (−) 1
And S (-) 2 are turned on.

【0041】このブリッジ44の動作により、超電導コ
イル40から負荷46に電流を供給するモードと、電源
16からの余剰電流を超電導コイル40に蓄えるモード
とが切り替えられる。2つのモードが切り替えられる時
には、超電導コイル40にかかる電圧の極性が反転する
ので、PWM信号のH及びLに応じて、超電導コイル4
0の両端電圧が、電源電圧Vの状態と−Vの状態とを繰
り返すことになる。例えば、電源電圧Vとして300V
が採用されている場合には、300Vと−300Vとの
間で反転動作が繰り返されることになる。この様子が図
5(a)に示される。
By the operation of the bridge 44, the mode in which the current is supplied from the superconducting coil 40 to the load 46 and the mode in which the surplus current from the power source 16 is stored in the superconducting coil 40 are switched. When the two modes are switched, the polarity of the voltage applied to the superconducting coil 40 is inverted, so that the superconducting coil 4 can be switched in accordance with H and L of the PWM signal.
The voltage between both ends of 0 repeats the state of the power supply voltage V and the state of -V. For example, the power supply voltage V is 300V
In the case where is adopted, the inversion operation is repeated between 300V and −300V. This state is shown in FIG.

【0042】図5(a)に示されるような状態で超電導
コイルのクエンチを検出する場合には、超電導コイル4
0に係る電圧が300Vあるいは−300Vの状態でク
エンチ検出を行わなければならず、しかもクエンチ電圧
は数mVであるので、このままではクエンチ検出の精度
を上げることができない。
When the quench of the superconducting coil is detected in the state shown in FIG.
Since the quench detection must be performed in the state where the voltage related to 0 is 300 V or −300 V, and the quench voltage is several mV, the accuracy of the quench detection cannot be improved as it is.

【0043】そこで、本実施例においては、図4に示さ
れる制御回路に入力されるクエンチ検出READY信号
をHとして超電導コイル40のクエンチ検出期間の設定
を行っている。クエンチ検出READY信号がHとして
入力された場合には、OR回路48には、バッファ54
を介してクエンチREADY信号のHが入力されるの
で、OR回路48の出力である制御信号CS1もHとな
る。またAND回路50にはクエンチ検出READY信
号がインバータ52を介して反転されて入力されるの
で、AND回路50の出力である制御信号CS2はLと
なる。この結果、ブリッジ44のトランジスタS1及び
S(−)2がONとなりS2及びS(−)1がOFFと
なる。
Therefore, in this embodiment, the quench detection period of the superconducting coil 40 is set by setting the quench detection READY signal input to the control circuit shown in FIG. 4 to H. When the quench detection READY signal is input as H, the OR circuit 48 includes the buffer 54
Since H of the quench READY signal is input via the, the control signal CS1 which is the output of the OR circuit 48 also becomes H. Further, since the quench detection READY signal is inverted and input to the AND circuit 50 via the inverter 52, the control signal CS2 output from the AND circuit 50 becomes L. As a result, the transistors S1 and S (-) 2 of the bridge 44 are turned on and S2 and S (-) 1 are turned off.

【0044】超電導コイル40を流れる電流はトランジ
スタS(−)2のコレクタエミッタ間に接続されたダイ
オードとトランジスタS1を経由したループ回路を流れ
ることになる。従ってこの場合には、ブリッジ回路44
を通過するときの電圧降下のみが発生することになる。
この電圧効果は約3V程度となる。この様子が図5
(b)に示される。
The current flowing through the superconducting coil 40 flows through the loop circuit via the transistor S1 and the diode connected between the collector and emitter of the transistor S (-) 2. Therefore, in this case, the bridge circuit 44
Only the voltage drop when passing through will occur.
This voltage effect is about 3V. This is shown in Figure 5.
It is shown in (b).

【0045】図5(a)においては、制御信号であるC
S1とCS2のHとLの状態が一致しているが、図5
(b)に示される制御信号CS1及びCS2において
は、HとLのタイミングがずれている区間がある。この
区間が上述した超電導コイル40にかかる電圧が3Vの
区間であり、この3Vの区間で超電導コイルのクエンチ
検出を行えばよい。こうすることにより、超電導コイル
にかかっている電圧が低い状態でクエンチの検出を行う
ことができるので、クエンチ検出の精度を上げることが
できる。
In FIG. 5A, the control signal C
Although the H and L states of S1 and CS2 are the same,
In the control signals CS1 and CS2 shown in (b), there is a section in which the timings of H and L are deviated. This section is a section in which the voltage applied to the superconducting coil 40 described above is 3V, and quench detection of the superconducting coil may be performed in this 3V section. By doing so, the quench can be detected in a state in which the voltage applied to the superconducting coil is low, so that the accuracy of the quench detection can be improved.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1次側及び2次側の電磁的相互作用を考慮した方程式を
使用してクエンチ検出を行うとともに、そのクエンチ検
出を行う時期を、1次側及び2次側の相互作用が小さい
時期に限定しているので、検出誤差や計算誤差を小さく
でき信頼性の高い超電導コイルのクエンチ検出方法を提
供することができる。
As described above, according to the present invention,
Quench detection is performed using an equation that considers the electromagnetic interaction between the primary side and the secondary side, and the time when the quench detection is performed is limited to the time when the interaction between the primary side and the secondary side is small. Therefore, it is possible to provide a highly reliable quench detection method for a superconducting coil that can reduce detection errors and calculation errors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る超電導コイルのクエンチ検出方
法を使用した変圧器の例を示す実施例1の回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment showing an example of a transformer using a quench detection method for a superconducting coil according to the present invention.

【図2】 図1に示された変圧器の周辺の回路図及びそ
の等価回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram around the transformer shown in FIG. 1 and its equivalent circuit diagram.

【図3】 本発明に係る超電導コイルのクエンチ検出方
法を半導体スイッチング素子を使用した回路に応用した
実施例2の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a second embodiment in which the quench detection method for a superconducting coil according to the present invention is applied to a circuit using a semiconductor switching element.

【図4】 図3に示された回路のブリッジの制御信号を
発生するための制御回路を示す図である。
4 is a diagram showing a control circuit for generating a control signal for a bridge of the circuit shown in FIG.

【図5】 図4に示された制御信号と超電導コイルにか
かる電圧との関係の説明図である。
5 is an explanatory diagram of the relationship between the control signal shown in FIG. 4 and the voltage applied to the superconducting coil.

【図6】 従来における超電導コイルのクエンチ検出方
法を説明するための回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a conventional quench detection method for a superconducting coil.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 1次巻線、12 2次巻線、14 変圧器、16
電源、18,46負荷、20,22 絶縁、24 フ
ィルタ、26 A/D変換器、28,30電流計、32
DSP、34 比較器、36 タイマ、40 超電導
コイル、42 永久電流スイッチ、44 ブリッジ、4
8 OR回路、50 AND回路、52 インバータ、
54 バッファ。
10 primary winding, 12 secondary winding, 14 transformer, 16
Power supply, 18, 46 load, 20, 22 insulation, 24 filter, 26 A / D converter, 28, 30 ammeter, 32
DSP, 34 comparator, 36 timer, 40 superconducting coil, 42 permanent current switch, 44 bridge, 4
8 OR circuit, 50 AND circuit, 52 inverter,
54 buffers.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導モータのステータあるいは超電導
変圧器の1次コイル等に使用され、超電導モータのロー
タあるいは超電導変圧器の2次コイル等の他の構成要素
と電磁的相互作用を有する超電導コイルのクエンチ検出
方法であって、 超電導コイルの両端電圧をモニタし、 前記他の構成要素との電磁的相互作用を考慮した方程式
から超電導コイルに発生する誘導起電圧を算出し、 前記モニタされた超電導コイルの両端電圧と前記算出さ
れた誘導起電圧とを比較し、超電導コイルのクエンチ発
生の有無を判断する、 ことを特徴とする超電導コイルのクエンチ検出方法。
1. A superconducting coil which is used for a stator of a superconducting motor or a primary coil of a superconducting transformer and which has electromagnetic interaction with other components such as a rotor of a superconducting motor or a secondary coil of a superconducting transformer. A quench detection method, which monitors a voltage across a superconducting coil, calculates an induced electromotive voltage generated in the superconducting coil from an equation in consideration of electromagnetic interaction with the other constituent elements, and monitors the superconducting coil. A method for detecting quenching of a superconducting coil, characterized by comparing the voltage across both ends of the superconducting coil with the calculated induced electromotive force to determine whether or not quenching of the superconducting coil has occurred.
【請求項2】 超電導変圧器に使用される超電導コイル
のクエンチ検出方法であって、 超電導変圧器の1次側電圧、1次側電流、2次側電圧、
2次側電流をそれぞれ検出し、 これらの値を使用して回路方程式から超電導コイルに発
生している電気抵抗を算出し、 前記算出された電気抵抗と基準抵抗とを比較し、 前記算出された電気抵抗が前記基準抵抗を越える状態が
所定時間継続したか否かにより超電導コイルのクエンチ
発生の有無を判断する、 ことを特徴とする超電導コイルのクエンチ検出方法。
2. A quench detection method for a superconducting coil used in a superconducting transformer, comprising: a primary side voltage, a primary side current, a secondary side voltage of the superconducting transformer,
The secondary side currents are respectively detected, and by using these values, the electric resistance generated in the superconducting coil is calculated from the circuit equation, the calculated electric resistance and the reference resistance are compared, and the calculated electric resistance is calculated. A method for detecting quenching of a superconducting coil, comprising determining whether or not quenching of the superconducting coil has occurred depending on whether a state in which the electric resistance exceeds the reference resistance continues for a predetermined time.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の超電導コ
イルのクエンチ検出方法であって、 超電導コイルのクエンチ発生の有無の判断を、超電導コ
イルに流れる電流の変化率が小さい時期に行うことを特
徴とする超電導コイルのクエンチ検出方法。
3. The quench detection method for a superconducting coil according to claim 1 or 2, wherein the determination as to whether or not the quench occurs in the superconducting coil is performed when the rate of change of the current flowing through the superconducting coil is small. A method for detecting a quench in a superconducting coil.
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Cited By (4)

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