KR100957623B1 - 고온 초전도체 교류손실 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온 초전도체의 교류 손실을 측정하는 측정 장치에 있어서, 소정의 주기동안 펄스 파워를 출력하는 펄스 전원부, 펄스 전원부의 양측에 형성되어 상기 펄스 파워를 초전도체 인가하는 리드선, 초전도체의 일측에 연결되어 유도성 전압을 상쇄시키는 소거 코일부, 소거 코일부와 초전도체의 일측 사이에 직렬 연결된 션트부 및 션트부의 양단과 연결되어 초전도체에 흐르는 전류를 계측하는 계측부를 포함하는 고온 초전도체의 교류 손실 측정 장치.

초전도체, 측정 장치

Description

고온 초전도체 교류손실 측정 장치{AC LOSS MEASUREMENT DEVICE OF HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTOR}

본 발명은 고온 초전도체 교류손실 측정 장치에 관한 것이다.

초전도체는 직류 전류에 대해서는 저항이 없으므로 손실도 없다. 그러나 교류 전류가 흐를 경우, 전류가 시간에 따라 변할 경우 및 자기장이 시간에 따라 변하면 손실이 발생한다.

교류 손실의 측정은 냉각 용량, 연결부 발열 등의 결정에 매우 중요한 요소이다. 또한, 교류 손실은 전류의 변화와 외부 자기장의 변화에 따른 손실이 대부분을 차지하므로 초전도체 교류손실 평가 장치에서는 교류 전류를 인가하고 이에 대한 손실량을 계산한다.

종래 고온 초전도체 교류손실 평가 장치는 소정의 주파수 및 진폭을 갖는 전류를 초전도체에 흘려주고 수신된 전압 또는 전류의 파형을 측정하는 방식을 사용한다. 이때, 종래의 경우에는 약 35A 정도의 전류가 수십초 인가되면 초전도체가 소손되는 문제점이 있다.

또한, 종래 고온 초전도체 교류손실 평가 장치는 계측부에서 Lock-in을 사용하여 정상동작을 위한 예비시간이 수십초에 이르는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 시험 정격 전류를 향상시킨 고온 초전도체 교류손실 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 열적 과도상태에서 고온 초전도체 샘플이 온도 상승에 의한 영향을 최소화 하여 신뢰성을 높인 고온 초전도체 교류손실 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 소형/경량화되며 측정 시간을 단축시킨 고온 초전도체 교류손실 측정 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 일 측면에 따르면, 고온 초전도체의 교류 손실을 측정하는 측정 장치에 있어서, 펄스 파워를 출력하는 펄스 전원부; 상기 펄스 전원부의 양측에 형성되어 상기 펄스 파워를 초전도체 인가하는 리드선; 상기 초전도체의 일측에 연결되어 유도성 전압을 상쇄시키는 소거 코일부; 상기 펄스 전원부와 상기 초전도체 사이에 직렬 연결된 션트부; 상기 션트부의 양단과 연결되어 상기 초전도체에 흐르는 전류를 계측하는 계측부를 포함하는 고온 초전도체의 교류 손실 측정 장치를 제공한다.

여기서, 본 발명은 상기 펄스 전원부에 정현파 제어신호를 상기 펄스 전원부에 제공하는 펄스 발진부를 포함한다.

그리고 본 발명은 상기 초전도체를 냉각시키는 냉각부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체 교류손실 측정 장치는 수ms의 펄스 파워를 인가하므로 교류 손실에 의한 발열에너지가 작아 냉각부의 소형/경량화가 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체 교류손실 측정 장치는 시험 정격 전류가 향상되어 고온 초전도체의 교류손실 측정값의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체 교류손실 측정 장치는 전류리드와 고온 초전도체 샘플 사이에 고도의 접합 기술을 요구하지 않는 장점이 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이하의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체의 교류손실 측정 장치를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체의 교류손실 측정 장치는 펄스 전원부(10), 리드선(40, 60), 소거 코일부(20), 냉각부(70), 션트부(30) 및 계측부(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명은 정현파 제어 신호를 생성하여 상기 펄스 전원부(10)에 인가하는 펄스 발진부(미도시)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 리드선(40, 60)은 파워 리드선(60) 및 전류 리드선(40)을 포함할 수 있다. 파워 리드선(60)은 펄스 전원부(10)와 연결되며, 고전류를 인가하여도 전기적 특성이 변하지 않는 전선을 사용한다. 전류 리드선(40)은 초전도체(50)과 전기적으로 연결된다. 이때, 전류 리드선(40)과 파워 리드선(60)은 서로 다른 재질일 수 있다.

냉각부(70)는 초전도체(50)의 온도를 임계 온도 이하로 유지시킨다. 냉각부(70)는 액화 질소 또는 액화 핼륨을 내재할 수 있는 용기 등이 사용될 수 있다. 이때, 냉각부(70)는 외부와의 단열 특성이 우수한 외함을 포함할 수 있다.

소거 코일부(20)는 유도성전압을 상쇄시킨다. 즉, 소거 코일부(20)는 초전도체의 저전압 대전류 특성으로 인하여 강한 자기장 내에서 매우 작은 전압 신호를 추출해야 하므로 자기장의 변화에 의해 발생되는 유도성 전압 성분을 상쇄한다. 이에 따라, 계측부(100)에서 선명한 전압 파형을 계측할 수 있다.

소거 코일부(20)는 파워 리드선(60)과 전류 리드선(40)은 직렬로 연결된 코일과, 계측부(100)와 전류 리드선(40)에 연결된 코일로 구성된다.

션트부(30)는 초전도체(50)에 흐르는 전류를 계측부(100)에서 측정할 수 있도록 저항 성분을 갖는다.

계측부(100)는 션트부(30)와 병렬로 연결되어 초전도체(50)에 흐르는 전류를 측정한다. 또한, 계측부(100)는 초전도체(50)의 양단 전압을 측정한다. 이때, 계측부(100)는 초전도체(50)의 전압을 측정하기 위하여 일단은 초전도체(50)에 연결되고, 타단은 소거 코일부(20)에 연결된다.

펄스 전원부(10)는 수주기(수 ms) 동안 초전도체(50)에 펄스 파워를 공급한다. 펄스 전원부(10)는 매우 짧은 시간에 초전도체(50)에 전압 및 전류를 공급하여 짧은 시간에 교류 손실을 측정할 수 있도록 한다. 펄스 전원부(10)에서 짧은 시간에 펄스 파워를 공급하므로, 발열로 인하여 초전도체(50)의 교류손실에 영향을 미치는 것을 최소화 할 수 있다. 여기서, 펄스 전원부(10)에서 펄스 파워를 공급하므로 초전도체(50)의 발열이 줄어들어 냉각부(70)를 작고 가볍게 만들 수 있다.

또한, 펄스 전원부(10)에서 펄스 파워를 공급함으로써 계측 시간을 단축할 수 있다.

그리고 짧은 시간에 펄스 파워를 인가하므로, 펄스 전원부(10)의 크기가 작아져 측정 장치를 소형화 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체 교류손실 측정 장치를 통해 초전도체 샘플에서 측정된 전류 및 전압을 나타낸 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이 8ms 동안 600Hz의 펄스 파워를 공급한 후 초전도체 에 흐르는 전류 및 전압을 측정하였다. 측정결과, 검정 실선으로 표시된 전압은 200mV 정도로 측정되었으며, 소거 코일부에 의해 유도성 전압이 상쇄된 것을 볼 수 있다.

파란색으로 표시된 것은 전류를 측정한 것으로 최대 230A의 전류에서도 초전도체의 특성이 양호하게 측정된 것을 볼 수 있다.

도 3은 종래의 고온 초전도체의 교류손실 측정 장치를 통해 측정된 초전도체 샘플의 전류 및 전압 파형을 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고온 초전도체의 교류 손실 측정장치를 통해 도 3과 동일한 초전도체 샘플에 펄스 파워를 인가한 후 측정된 전압 파형 및 전류 파형을 도시한 그래프이다.

도 3은 초전도체의 교류손실을 측정하기 위하여 수십초 동안 상시 파워를 인가한 후 측정된 전압 및 전류 그래프이다. 도 3에서와 같이 종래 기술은 오랜 시간 동안 전력이 공급되므로 발열 등에 의한 이유로 초전도체가 소손되었음을 알 수 있다. 초전도체가 소손된 전류는 35A 이고, 약 90여초 후에 소손되었음을 알 수 있다.

그러나 도 3에서의 초전도체와 동일한 샘플을 본 발명에 따른 고온 초전도체 교류손실 측정 장치를 통해 측정한 결과 전압 및 전류 파형이 관측된 것을 볼 수 있다.

특히, 측정된 전류는 종래 35A보다 약 5배 정도인 200A에서도 전류 파형이 관측된 것을 볼 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 고온 초전도체 교류손실 측정 장치는 종래의 측정 장치에 비해 시험정격 전류가 약 5배 정도 향상된 것을 볼 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체의 교류손실 측정 장치를 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 초전도체의 교류 손실 측정 장치를 통해 측정된 초전도체 샘플의 전류 및 전압 파형을 도시한 그래프.

도 3은 종래의 고온 초전도체의 교류손실 측정 장치를 통해 측정된 초전도체 샘플의 전류 및 전압 파형을 도시한 그래프.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고온 초전도체의 교류 손실 측정장치를 통해 도 3과 동일한 초전도체 샘플에 펄스 파워를 인가한 후 측정된 전압 및전류 그래프.

<도면부호의 간단한 설명>

10: 펄스 전원부

20: 소거 코일부

30: 션트부

40: 전류 리드선

50: 초전도체 샘플

60: 파워 리드선

70: 냉각부

100: 계측부

Claims (3)

1. 고온 초전도체의 교류 손실을 측정하는 측정 장치에 있어서,

   펄스 파워를 출력하는 펄스 전원부;

   상기 펄스 전원부의 양측에 형성되어 상기 펄스 파워를 초전도체 인가하는 리드선;

   상기 초전도체의 일측에 연결되어 유도성 전압을 상쇄시키는 소거 코일부;

   상기 펄스 전원부와 상기 초전도체 사이에 직렬 연결된 션트부; 및

   상기 션트부의 양단과 연결되어 상기 초전도체에 흐르는 전류를 계측하는 계측부를 포함하는 고온 초전도체의 교류 손실 측정 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 펄스 전원부에 정현파 제어신호를 상기 펄스 전원부에 제공하는 펄스발진부를 포함하는 고온 초전도체의 교류 손실 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 초전도체를 냉각시키는 냉각부를 포함하는 고온 초전도체의 교류 손실 측정 장치.

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