JPS6216503A - 超電導マグネツトの始動運転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は永久ｆｆｉ流モードで通電される超電導マグネ
ットの始動運転装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

永久１！Ｉ流モードで通電される超電導マグネットの始
動運転装置として第２図の回路構成のものが知られてい
る。この装置では超電導マグネット１に永久電流スイッ
チ２を並列に接続すると共に、超電導マグネット１に、
交流電源３に接続された可調整の整流回路４からＬＣフ
ィルタ５およびトランジスタ６を介して始動電流を供給
する回路が構成されている。ＬＣフィルタ５は直列リア
クトル５０゛および分路コンデン１す５１から成ってい
る。

トランジスタ６はこれに直列に接続された電流検出１６
０によって検出される電流が所定値になるように電流制
御回路６１により制御される。永久電流スイッチ２は超
電導状態にするための図示していない冷却装璽内に設け
られると共に、常電導状態にするためのヒータ２０を備
えており、無誘導巻きのコイルとして構成され、常電導
状態Ｃは抵抗体として機能し、超電導状態では短絡スイ
ッチとして機能する。ヒータ２０にはヒータ電源２１か
らヒータ電流が供給される。

超電導マグネット１の始動当初は、永久電流スイッチ２
はヒータ２０によって加熱され、抵抗体として機能して
いる。その状態で整流回路４からトランジスタ６により
所定値に調整された電流を超電導マグネット１に原寸。

この電流が所定値に達したところでヒータ２０をオフと
し、定電流制御を維持する。このとき超電導マグネット
１の端子間は抵抗がゼロであることからゼロ電圧である
。

この状態で永久電流スイッチ２が次第に低温になり、つ
いには超電導状態になったとき整流回路４からの電流を
断つと、超電導マグネット１は永久電流スイッチ２との
間に永久電流回路を形成し、永久Ｔｉ流モードに移行す
ることになる。

しかし、この説明におけるゼロ電圧はあくまでし・Ｐ　
”Ｉ　Ｉｆｌとしてゼロであるということである。実際
には整流回路４の発生する電圧はリップル電圧成分を含
んでおり、この成分、すなわち交流に対しては多少のイ
ンピーダンスを持っているのでリップル電圧が生じ、こ
の電圧によって常電導状態の永久電流スイッチ２に電流
が流れ続けることになる。そのため、このリップル電流
のために常電導状態の永久電流スイッチ２にはジュール
発熱が生じ、この発熱量が過大であると永久電流スイッ
チ２は、たとえヒータ２０の電流を切って超電導状態に
移行させようとしてもそれが出来ず、永久電流モードへ
の移行が不能になってしまうことになる。このような傾
向は次のような場合により顕著になる。

（ａ）　　超電導マグネットの重量軽減を目的として、
最近開発が進んでいる間接冷却方式を採用した場合。こ
の方式は従来の直接浸漬冷却方式よりも冷却能力が小さ
いため、リップル電流によるジュール発熱の影響をより
受けやすくなる。

（ｂ）　　マグネットの使用目的により、磁場の変化速
度を比較的大きくとらなければならない場合。

この場合は励磁電源の出力電圧を太きくしなければなら
ない。そして、この場合は励磁中の冷却媒体、たとえば
ヘリウムの蒸発ロスを減らすため、ヒータ加熱中の永久
電流スイッチの抵抗値を相当大きく設計する必要がある
。そのため永久電流スイッチとして非常に長い超電導線
を用いることになるので大型化する。したがって、それ
だけ冷却特性が低下し、リップル電流によるジュール熱
に対して影響を受けやすくなる。

第２図においてＬＣフィルタ５はリップル電圧低減効果
により、またトランジスタ６は電流ｍｇＢ能力により、
それぞれリップル電流を低減する能力を持っている。し
かし、上記（ａ）、（ｂ）に示すように、非常に小ざな
リップル電流とする必要のある永久電流スイッチ２の場
合、ＬＣフィルタ５の寸法的制限に基づく容量の現実的
限界のため、またトランジスタ５の定電流制御能力の限
界（はぼ２０ｄＢ程度）のため、第２図の装置では所定
のリップル電流値まで低減させることができないことが
多い。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情を考慮してなされたもので、整流電
源による励磁モードから永久電流モードへと円滑に移行
させることの可能な超電導マグネットの始動運転装置を
提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明の始動運転装置は、始
動すべき超電導マグネツ］・に並列に接続され、超電導
マグネットの始動当初は常電導状態にあって抵抗体を呈
し、始動後は超電導状態となって短絡スイッチとして機
能する永久電流スイッチと、前記超電導マグネットに始
動当初にのみ所定の励磁電流を供給する整流回路と、バ
ッテリーおよびこれに直列の電流制御手段を有し、前記
整流回路から前記超電導マグネットに所定の励磁電流が
供給されている状態で投入され前記整流回路に代わって
前記超電導マグネットに定電流制御の励磁電流を前記永
久電流スイッチが超ＷＩＪ状態になるまで供給する直流
供給回路とを具備したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を、第１図を参照しながら説明
する。

第１図の装置は、超電導マグネット１、永久電流スイッ
チ２、ヒータ２０、ヒータ電源２１、交流型ＷＡ３、お
よび整流回路４から成る基本的な回路において、コンタ
クタ７、トランジスタ６、およびバッテリー８の直列回
路から成る直流供給回路を超電導マグネット１に並列に
接続したものである。トランジスタ６は電流検出器６０
によって検出される主回路電流Ｉが所定値となるように
電流制御回路６１を介して制御される。なお抵抗９は上
記直流供給回路と超電導マグネット１とを接続するケー
ブルを代表する抵抗である。

さて超電導マグネット１を始動して永久電流モードに移
行させようとする場合、まずコンタクタ７を開路し、ヒ
ータ２０に通電し永久電流スイッチ２を常電導状態にし
ておいて、整流回路４から超電導マグネット１を励磁す
る。この励磁電流を所定値に立ち上げた、後、ヒータ２
０をオフにすると共にコンタクタ７を閉路する。次いで
整流回路４の出力を徐々に絞って行き、負荷電流Ｉをト
ランジスタ６側に徐々に転流させる。なお、回路のイン
ダクタンス等、回路定数を適当に設定しておけば、単に
整流回路４の交流側を遮断することにより負荷電流■を
整流回路４側からバッテリー８側へと容易に転流させる
ことができる。この転流の後、トランジスタ６による負
荷電流Ｉの定電流制御を開始する。負荷電流Ｉを定電流
に保った場合、超電導マグネット１の端子電圧■は、出
力電圧にリップルを含まないバッテリー８を用いている
関係上、直流的にも交流的にもほとｌυどゼロ電圧とな
る。したがって、永久電流スイッチ２にはリップル電流
がほとんど流れず、スムーズに冷却されて（ジュール熱
が発生しないので）超電導状態に移行する。そこでトラ
ンジスタ６をオフとし、さらにコンタクタ７を開路する
ことにより超電導マグネット１と永久電流スイッチ２と
で形成される閏回路で永久的に電流が流れ続け、ここに
永久電流モードへの移行が完了することになる。

バッテリー８の出力電圧およびトランジスタ６の制御電
圧としては、せいぜいケーブル抵抗９の電圧降下を補う
電圧に見合うだけの値でよく、極めて小容量のもので足
りる。また、ヒータ２０のオフ後、永久電流スイッチ２
が冷却されて超電導状態に至るまでの時間は一般に数十
秒程度であり、バッテリー８の容ｆｆ１（ＡＨ＝アンペ
ア・アワー）も小さなものでよい。トランジスタ５は直
流の定電流制御の可能なものなら他の型の素子に置換す
ることができる。

〔発明の効果〕　　） 以上述べたように本発明によれば、整流電源による励磁
モードから永久電流モードへの移行に際して、整流電源
からいったんバッテリー電源に転流させ、それから永久
電流モードへと移行させるようにすることにより、永久
電流スイッチのリップル電流によるジュール熱を十分小
さくし、永久電流モードへと円滑に移行させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路接続図、第２図は
従来装置の回路接続図である。 １・・・超電導マグネット、２・・・永久電流スイッチ
、４・・・整流回路、６・・・トランジスタ、７・・・
コンタクタ、８・・・バッテリー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　始動すべき超電導マグネットに並列に接続され、超電
   導マグネットの始動当初は常電導状態にあって抵抗体を
   呈し、始動後は超電導状態となつて短絡スイッチとして
   機能する永久電流スイッチと、前記超電導マグネットに
   始動当初にのみ所定の励磁電流を供給する整流回路と、 バッテリーおよびこれに直列の電流制御手段を有し、前
   記整流回路から前記超電導マグネットに所定の励磁電流
   が供給されている状態で投入され前記整流回路に代わっ
   て前記超電導マグネットに定電流制御の励磁電流を前記
   永久電流スイッチが超電導状態になるまで供給する直流
   供給回路とを具備したことを特徴とする超電導マグネッ
   トの始動運転装置。