KR101460341B1 - A Protecting Structure and Method of a Field Coil for Superconducting Rotating Machines - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도회전기의 계자코일의 보호구조 및 보호방법에 관한 것으로, 계자코일이 초전도 코일로 권선된 초전도 회전기에서 초전도 코일이 초전도 상태를 잃어버리는 퀀치(quench) 현상(상전도 전이현상)이 일어나 저항이 발생되는 경우, 코일에 흐르는 전류에 의한 줄열 발생으로 코일이 소손, 단선, 절연 파괴 또는 기계적인 구조물의 파괴가 발생되는 것을 방지하기 위한 초전도회전기의 계자코일의 보호구조 및 보호방법에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 초전도 회전기에서 초전도코일이 권선된 계자권선부; 상기 계자권선부에 전류를 공급하는 전원부; 상기 계자권선부에 공급되는 전류의 일부를 분지하는 바이패스 저항부; 전원부에서 공급되는 전류가 흐르는 전선; 및 상기 전선의 단락 또는 단선시켜 초전도코일에 전류의 공급을 온 또는 오프하는 스위치;를 포함하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조 및 보호방법을 제공한다.The present invention relates to a protection structure and a protection method for a field coil of a superconducting rotating machine, wherein a quench phenomenon (superconducting transition phenomenon) occurs in which a superconducting coil loses its superconducting state in a superconducting rotor in which a field coil is wound with a superconducting coil And more particularly, to a protection structure and a protection method of a field coil of a superconducting rotor for preventing a coil from burning, disconnection, dielectric breakdown or mechanical structure from occurring due to generation of a coil due to current flowing in the coil when a resistance is generated .
Accordingly, the present invention provides a field winding unit in which a superconducting coil is wound in a superconducting rotor, A power supply unit for supplying a current to the field winding unit; A bypass resistor portion for branching a part of the current supplied to the field winding portion; A wire through which a current supplied from a power supply unit flows; And a switch for turning on or off the supply of a current to the superconducting coil by short-circuiting or disconnection of the wire, and a method of protecting the field coil of the superconducting rotor.

Description

초전도회전기의 계자코일의 보호구조 및 보호방법 { A Protecting Structure and Method of a Field Coil for Superconducting Rotating Machines }Technical Field [0001] The present invention relates to a field coil of a superconducting rotor,

본 발명은 초전도회전기의 계자코일의 보호구조 및 보호방법에 관한 것으로, 계자코일이 초전도 코일로 권선된 초전도 회전기에서 초전도 코일이 초전도 상태를 잃어버리는 퀀치(quench) 현상(상전도 전이현상)이 일어나 저항이 발생되는 경우, 코일에 흐르는 전류에 의한 줄열 발생으로 코일이 소손, 단선, 절연 파괴 또는 기계적인 구조물의 파괴가 발생되는 것을 방지하기 위한 초전도회전기의 계자코일의 보호구조 및 보호방법에 관한 것이다.The present invention relates to a protection structure and a protection method for a field coil of a superconducting rotating machine, wherein a quench phenomenon (superconducting transition phenomenon) occurs in which a superconducting coil loses its superconducting state in a superconducting rotor in which a field coil is wound with a superconducting coil And more particularly, to a protection structure and a protection method of a field coil of a superconducting rotor for preventing a coil from burning, disconnection, dielectric breakdown or mechanical structure from occurring due to generation of a coil due to current flowing in the coil when a resistance is generated .

종래에 회전계자형 동기전동기는 계자코일이 권선되어 있는 회전자와 회전자계를 발생시켜주는 고정자의 권선으로 구성된다. 여기서, 계자코일로 사용되는 초전도코일은 액체질소 온도보다 낮은 극저온에서 저항이 영(0)으로 되는 초전도선재를 권선하여 만든 것으로, 저항이 없기 때문에 도 1에서 보는 바와 같이 회전정수 중에서는 오직 인덕턴스만이 존재한다.Conventionally, a rotary type synchronous motor includes a rotor in which a field coil is wound and a winding in a stator that generates a rotor system. Here, the superconducting coil used as the field coil is made by winding a superconducting wire whose resistance is zero at a cryogenic temperature lower than the liquid nitrogen temperature. Since there is no resistance, only the inductance Lt; / RTI >

상기 회전계자형 동기전동기나 발전기는 계자권선으로 초전도 코일을 채용하며, 영구자석형 동기전동기(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor)와 같이 초전도 코일로 된 계자코일에 여자시키기 위한 전원을 외부에 별도로 두고 있는 구조를 하고 이루고 있다. The rotary type synchronous motor and the generator use a superconducting coil as a field winding and a structure in which a field coil for generating a superconducting coil, such as a PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) And the like.

초전도 회전기를 운전하기 위해서 계자코일을 먼저 여자(exciting, energizing)시켜야 하는데, 이를 위해서 외부 전원과 계자코일을 이어주는 스위치가 필요하다. 초전도 회전기 운전 중 어떤 원인에 의해서 초전도 코일이 초전도 상태를 잃어버리는 퀀치(quench) 현상이 발생하게 되면, 오직 인덕턴스만 존재하던 초전도 코일에 저항이 발생하므로 코일에 저장된 자기 에너지와 외부 전원으로부터 인가되는 전류에 의한 줄열로 코일이 소손, 단선, 절연 파괴 혹은 기계적인 구조물 파괴 등이 발생될 수 있다. In order to operate the superconducting rotor, the field coil must be excited and energized. To do this, a switch that connects the external power source and the field coil is required. When a quench phenomenon occurs in which a superconducting coil loses its superconducting state due to a certain reason during operation of a superconducting rotor, a resistance is generated in a superconducting coil having only inductance. Therefore, the magnetic energy stored in the coil and the current The coil may be burned out, broken, insulation breakdown, or mechanical structure breakdown may occur.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 초전도 회전기에서 초전도 코일이 권선된 계자권선부에 직류전원을 공급하는 등가회로로써 퀀치(quench) 전후 상태를 도시한 회로도이다. FIG. 1 and FIG. 2 are circuit diagrams showing a state before and after a quench as an equivalent circuit for supplying DC power to a field winding portion in which a superconducting coil is wound in a superconducting rotor according to a related art.

종래기술에 따른 초전도 회전기의 등가회로를 살펴보면, 전원부(15a)가 포함된 전원공급장치(15)에서 전선(13)을 통해 직류전원이 계자권선부(12a, 12b)에 공급되고, 초전도코일(L)에 공급전류(I0)가 공급되도록 한다.A DC power source is supplied from the power supply unit 15 including the power supply unit 15a to the field winding units 12a and 12b through the electric wire 13 and the superconducting coil L to be supplied with the supply current I 0 .

이에 도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 회로도에서 퀀치(quench) 전 계자권선부(12a)는 초전도코일이 감겨 있어 내부저항(R0)이 영(0)이 되도록 하고, 초전도코일은 인덕턴스(L)의 역할만을 수행하도록 한다. 1, in a conventional circuit diagram, a quench field winding section 12a has a superconducting coil wound so that an internal resistance R 0 is zero, a superconducting coil has an inductance L ).

그러나, 도 2에서 보는 것처럼 상기 계자권선부(12b)에 퀀치(quench) 현상이 발생되는 경우 초전도코일은 일정 저항값(R0>0)을 갖게 된다. 이에 따라 공급되는 전류(I0)에 의해 저항으로 인하여 줄열이 발생되고, 초전도 코일이 파손되는 문제가 발생된다.However, as shown in FIG. 2, when a quench phenomenon occurs in the field winding portion 12b, the superconducting coil has a constant resistance value (R 0 > 0). Accordingly, a joule heat is generated due to the resistance due to the supplied current I 0 , and the superconducting coil is damaged.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 초전도 회전기 계자코일을 퀀치(quench) 현상 발생에 의해 파손되는 것을 방지하기 위한 것으로, 계자코일과 병렬로 바이패스 보호저항을 연결함으로써, 초전도 코일에서 퀀치(quench)가 발생할 때 생기는 저항보다 코일에 병렬로 연결된 바이패스 보호저항이 작도록 하여 초전도 코일로 흐르는 전류가 보호저항 쪽으로 우회하도록 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent a superconducting rotor field coil from being damaged by occurrence of a quench phenomenon, By connecting the resistors, the bypass protection resistance connected in parallel to the coil is less than the resistance generated when a quench occurs in the superconducting coil, so that the current flowing to the superconducting coil is bypassed to the protective resistance.

본 발명의 다른 목적은, 계자권선부의 초전도 코일 내부에서 발생하는 줄열이 감소시켜 초전도 회전기의 내구성을 향상시키고, 경제성을 도모하는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the amount of heat generated in the superconducting coil of the field winding portion, thereby improving the durability of the superconducting rotor and achieving economical efficiency.

본 발명의 또 다른 목적은, 퀀치(quench) 현상으로부터 발생하는 사고를 미연에 방지하고, 간단한 방법으로 고가의 초전도 코일을 퀀치(quench)로부터 보호하는 것이 가능하다.It is another object of the present invention to prevent an accident resulting from a quench phenomenon in advance and to protect an expensive superconducting coil from a quench in a simple manner.

본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 바람직한 양태로써 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 수 있고, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 기술적인 구성을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention can be implemented by an embodiment having the following constitution as a preferred embodiment, and in order to solve the above-mentioned problems, the following technical structure is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 초전도 회전기에서 초전도코일이 권선된 계자권선부; 상기 계자권선부에 전류를 공급하는 전원부; 상기 계자권선부에 공급되는 전류의 일부를 분지하는 바이패스 저항부; 전원부에서 공급되는 전류가 흐르는 전선; 및 상기 전선의 단락 또는 단선시켜 초전도코일에 전류의 공급을 온 또는 오프하는 스위치;를 포함하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a superconducting rotating machine, comprising: a field winding portion in which a superconducting coil is wound in a superconducting rotor; A power supply unit for supplying a current to the field winding unit; A bypass resistor portion for branching a part of the current supplied to the field winding portion; A wire through which a current supplied from a power supply unit flows; And a switch for turning on or off the supply of current to the superconducting coil by short-circuiting or disconnection of the electric wire.

이에 상기 바이패스 저항부는, 상기 계자권선부에서 초전도 코일이 초전도성을 잃어 퀀치(quench)되는 경우 계자권선부로 흐르는 전류를 분지하여 흐르도록 하는 바이패스 보호저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조를 가진다.Wherein the bypass resistor includes a bypass protection resistor that branches and flows a current flowing to the field winding when the superconducting coil of the field winding portion loses superconductivity and becomes quench. Coil protection structure.

또한, 상기 바이패스 저항부는, 상기 계자권선부와 병렬로 연결되도록 한다.In addition, the bypass resistance section is connected to the field winding section in parallel.

그리고, 상기 바이패스 저항부는, 상기 전원부에서 인출되는 전선의 일 단자에 연결되어 공급 전류의 일부를 분지하도록 할 수 있다.The bypass resistor unit may be connected to a terminal of the electric wire drawn out from the power supply unit to divide a part of the supplied electric current.

상기 바이패스 저항부는, 상기 계자권선부에서 퀀치(quench)되는 경우 초전도코일에서 발생되는 저항값(R2)보다 더 작은 저항값(R3)을 갖도록 함이 바람직하다.It is preferable that the bypass resistance section has a resistance value R 3 that is smaller than a resistance value R 2 generated in the superconducting coil when quenching in the field winding section.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 초전도 회전기에서 초전도코일이 권선된 계자권선부에서 초전도 상태를 잃어버리는 퀀치(quench) 현상 발생시 상기 초전도코일이 파손되는 것을 방지하여 보호하는 방법으로써, 상기 계자권선부에 전류를 공급하는 전원부로부터 연결된 전류도입 전선에서 공급되는 전류의 일부를 바이패스 저항부에 의해 분지하여 상기 계자권선부에 유입되는 전류를 감소시켜 계자권선부에 포함된 초전도코일이 줄열에 의해 파손되는 것을 방지하는 초전도 회전기의 계자코일 보호방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for preventing and protecting a superconducting coil from being broken when a quench phenomenon occurs in which a superconducting coil is wound in a field winding portion in a superconducting rotor, A part of the current supplied from the current introduction wire connected from the power supply unit for supplying the current to the field winding unit is branched by the bypass resistance unit to reduce the current flowing into the field winding unit, To prevent breakage of the field coil of the superconducting rotor.

이에 상기 바이패스 저항부는 상기 계자권선부와 병렬 연결되어 초전도코일이 퀀치(quench)되어 저항이 발생되는 경우 전원부에서 공급되는 전류가 분지될 수 있도록 한다.The bypass resistor unit is connected in parallel to the field winding unit to quench the superconducting coil so that the current supplied from the power supply unit can be branched when a resistance is generated.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전술한 과제 해결 수단 및 후술할 구성과 결합, 작동관계에 의해서 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can achieve the following effects according to the above-described problem solving means and the construction and operation to be described later.

본 발명은, 초전도 회전기 계자코일을 퀀치(quench) 현상 발생에 의해 파손되는 것을 방지하기 위한 것으로, 계자코일과 병렬로 바이패스 보호저항을 연결함으로써, 초전도 코일에서 퀀치(quench)가 발생할 때 생기는 저항보다 코일에 병렬로 연결된 바이패스 보호저항이 작도록 하여 초전도 코일로 흐르는 전류가 보호저항 쪽으로 우회하도록 할 수 있다.In order to prevent a superconducting rotor field coil from being damaged by occurrence of a quench phenomenon, by connecting a bypass protection resistor in parallel with a field coil, a resistance caused when a quench occurs in the superconducting coil The bypass protection resistance connected in parallel to the coil can be made small so that the current flowing to the superconducting coil can be bypassed to the protective resistance.

이에 본 발명은, 상기 바이패스 보호저항으로 우회하는 분지된 전류에 따라 계자권선부에 흐르는 전류의 양을 감소시킴으로써, 계자권선부의 초전도 코일 내부에서 발생하는 줄열을 감소시켜 초전도 회전기의 내구성을 향상시키고, 경제성을 도모할 수 있다.Accordingly, by reducing the amount of current flowing in the field winding portion according to the branched current bypassing the bypass protection resistor, the dripping heat generated in the superconducting coil of the field winding portion is reduced to improve the durability of the superconducting rotor , And economic efficiency can be achieved.

발명은 또한, 초전도코일에서의 퀀치(quench) 현상으로부터 발생하는 사고를 미연에 방지하고, 간단한 방법으로 고가의 초전도 코일을 퀀치(quench)로부터 보호하는 것이 가능하다.The invention also makes it possible to prevent accidents resulting from quench phenomena in superconducting coils and to protect expensive superconducting coils from quench in a simple manner.

도 1은 종래기술에 따른 초전도 회전기에서 초전도 코일이 권선된 계자권선부에 직류전원을 공급하는 등가회로로써 퀀치(quench) 전 상태를 도시한 회로도.
도 2는 종래기술에 따른 초전도 회전기에서 초전도 코일이 권선된 계자권선부에 직류전원을 공급하는 등가회로로써 퀀치(quench) 후 상태를 도시한 회로도.
도 3은 종래기술에서 퀀치(quench) 전후의 전류-전압 곡선을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 바이패스 저항부를 계자전원부와 병렬로 연결한 상태를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명에서 퀀치(quench) 전후의 전류-전압 곡선을 나타내는 도면.1 is a circuit diagram showing a state before quenching as an equivalent circuit for supplying DC power to a field winding section where a superconducting coil is wound in a superconducting rotor according to a related art.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a superconducting rotating machine, and more particularly, to a superconducting rotating machine in which a superconducting coil is wound.
3 is a diagram showing a current-voltage curve before and after a quench in the prior art;
4 is a circuit diagram showing a state in which the bypass resistor section of the present invention is connected in parallel with the field power source section.
FIG. 5 is a diagram showing a current-voltage curve before and after a quench in the present invention. FIG.

이하에서는 본 발명에 따른 초전도회전기의 계자코일의 보호구조 및 보호방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a field coil protection structure and a method of protecting a field coil of a superconducting rotor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately define the concept of the term to describe its invention in the best way The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 바이패스 저항부를 계자전원부와 병렬로 연결한 상태를 도시한 회로도이고, 도 5는 본 발명에서 퀀치(quench) 전후의 전류-전압 곡선을 나타내는 도면이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a state in which the bypass resistor unit of the present invention is connected in parallel with the field power unit, and FIG. 5 is a diagram showing a current-voltage curve before and after a quench in the present invention.

초전도 회전기는 전기기기 중 하나로 회전기에서 계자코일로서 초전도 권선을 채용한 것으로, 초전도 회전기의 계자권선부(12b)은 초전도 선재로 권선된 초전도 코일을 채용하며, 이를 전기적으로 전류경로가 폐루프가 되도록 결선(쇼트)시킨다. The superconducting rotor is a superconducting coil in which a superconducting coil is used as a field coil in a rotating machine. A superconducting coil wound around a superconducting wire is used as a field winding portion 12b of a superconducting rotor. Connect (short).

상기 초전도 코일은 전기저항이 영(0)이 되는 초전도 상태로 만들기 위해서 극저온 냉각을 하고, 저온 상태를 유지하도록 하는 저온용기(11)에 설치된다. 그리고, 초전도 회전기의 운전을 위해서 상기 계자권선부(12b)에 전기에너지를 공급해 줘야 하므로 직류전원 공급장치(15)를 구비한다.The superconducting coil is installed in a cryogenic vessel (11) for cryogenic cooling so as to maintain a low temperature state in order to make the superconducting state in which the electric resistance becomes zero (0). In order to operate the superconducting rotor, electric power must be supplied to the field winding portion 12b, so that the DC power supply device 15 is provided.

그리고, 상기 전원공급장치(15)는 전원부(15a)를 포함하는데, 상기 전원부(15a)는 초전도 회전기의 운전 중 회전하는 계자권선부(12b)를 여자시키기 위해서 전력을 공급하고, 사고 또는 유지 또는 보수 시에 전력을 차단시킬 수 있는 스위치(14)가 상기 전원공급장치(15)와 계자권선부(12b) 사이에 구비된다. The power supply unit 15 includes a power supply unit 15a that supplies power to energize the rotating field winding unit 12b during operation of the superconducting rotating machine, A switch 14 capable of cutting off power at the time of maintenance is provided between the power supply unit 15 and the field winding unit 12b.

일반적으로 퀀치(quench) 현상이라 함은 전기저항이 없는 초전도체가 진공(眞空)에 따른 단열상태에서 임계온도, 임계전류, 임계자장을 넘어서게 되는 경우 저항이 발생하는 현상을 말한다.Generally, quench phenomenon refers to a phenomenon in which a resistance occurs when a superconductor having no electric resistance has a critical temperature, a critical current, or a critical magnetic field in an adiabatic state according to a vacuum.

도 1 및 도 2의 통상적인 등가회로에서 초전도 회전기의 계자권선부(12a,12b)에 흐르는 전류-전압의 그래프를 살펴보면 도 3과 같음을 확인할 수 있다. 이러한 회로정수의 변화는 일정한 전류(constant current mode)로 운전을 할 경우, 도 3에 도시된 초전도 상태일 때는 전압이 거의 영(0)에 가깝지만, 초전도 상태가 깨지는 퀀치(quench)가 발생하면 저항이 발생하게 되어 전압이 비선형적으로 증가하게 된다. 이때, 퀀치(quench)에 의해 발생하는 저항(R1>0)으로 코일에 저장된 자기 에너지와 외부전원으로부터 인가되는 전류가 흐르게 되면, 엄청난 줄열이 발생하게 되면서 코일의 파손이 발생되게 된다.A graph of the current-voltage flowing in the field winding portions 12a and 12b of the superconducting rotor in the conventional equivalent circuit of FIGS. 1 and 2 is as shown in FIG. When the circuit constant is changed in a constant current mode, the voltage is almost zero when the superconducting state shown in FIG. 3 occurs. When a quench occurs in which the superconducting state is broken, So that the voltage increases non-linearly. At this time, when the magnetic energy stored in the coil and the current applied from the external power supply flow through the resistor (R 1 > 0) generated by the quench, the coil is broken due to an incredible heat loss.

본 발명은 초전도 회전기에서 초전도코일이 권선된 계자권선부(12b); 상기 계자권선부에 전류를 공급하는 전원부(15a); 상기 계자권선부(12b)에 공급되는 전류의 일부를 분지하는 바이패스 저항부(17); 전원부에서 공급되는 전류가 흐르는 전선(13); 및 상기 전선의 단락 또는 단선시켜 초전도코일에 전류의 공급을 온 또는 오프하는 스위치(14);를 포함하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조를 제공한다.The present invention relates to a field winding unit (12b) in which a superconducting coil is wound in a superconducting rotor; A power supply unit 15a for supplying a current to the field winding unit; A bypass resistor unit (17) for branching a part of the current supplied to the field winding unit (12b); A wire 13 through which a current supplied from the power supply unit flows; And a switch (14) for turning on or off the supply of current to the superconducting coil by shorting or breaking the wire.

그리고 상기 바이패스 저항부(17)는, 상기 계자권선부(12b)에서 초전도 코일이 초전도성을 잃어 퀀치(quench)되는 경우 계자권선부(12b)로 흐르는 전류를 분지하여 흐르도록 하는 바이패스 보호저항(R3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조를 가진다.When the superconducting coil of the superconducting coil loses its superconductivity and is quenched in the field winding portion 12b, the bypass resistive portion 17 bypasses the bypass protection resistor 12b to branch and flow the current flowing to the field winding portion 12b. (R < 3 >).≪ / RTI >

그리고, 상기 바이패스 저항부(17)는, 상기 전원부(15a)에서 인출되는 전선(13)의 일 단자에 연결되어 공급 전류의 일부를 분지하도록 할 수 있는데, 바람직하게는 상기 계자권선부(12b)와 병렬로 연결되도록 한다.The bypass resistor unit 17 may be connected to a terminal of the electric wire 13 drawn out from the power supply unit 15a to divide a part of the supplied electric current. Preferably, the field winding unit 12b ) In parallel.

상기 바이패스 저항부(17)는, 상기 계자권선부에서 퀀치(quench)되는 경우 초전도코일에서 발생되는 저항값(R2)보다 더 작은 저항값(R3)을 갖도록 함이 바람직한데, 이로써 상기 계자권선부에서 퀀치(quench)되는 경우 전류(I3)가 분지되도록 한다.It is preferable that the bypass resistance section 17 has a resistance value R 3 smaller than a resistance value R 2 generated in the superconducting coil when quenching is performed in the field winding section, If the field winding is quenched, the current I 3 is branched.

본 발명에서는 계자권선부(12b)의 초전도 코일은 전기저항이 영(0)이 되는 초전도 상태일 때, 회로정수 중에 오직 인덕턴스(L) 만을 가지게 되지만(도 1 참조), 어떤 원인에 의해서 퀀치(quench)가 발생하게 되면 초전도 코일에서 저항(R2)이 발생하게 되면서, 도 4와 같은 간이 등가회로가 형성될 수 있다. In the present invention, the superconducting coil of the field winding section 12b has only the inductance L in the circuit constant when the superconducting state in which the electric resistance becomes zero (see Fig. 1) quench occurs, a resistance R 2 is generated in the superconducting coil and a simplified equivalent circuit as shown in FIG. 4 can be formed.

이에 도 4는 본 발명의 초전도코일의 보호방법에 대한 것으로, 바이패스 저항부(17)를 초전도 코일과 병렬로 연결했을 때, 초전도 코일에서 퀀치(quench) 발생에 따라 운전전류 경로(18, 19)가 분지하게 된다. FIG. 4 illustrates a method of protecting a superconducting coil according to the present invention. When a bypass resistor 17 is connected in parallel with a superconducting coil, a quench occurs in the superconducting coil, ).

이는 초전도 코일에서 어떤 원인에 퀀치(quench)가 발생하면 초전도 상태가 깨지면서, 코일 내부에서 저항(R2)이 급격하게 발생하게 되고, 이때 코일에서 생긴 저항(R2)이 코일에 병렬로 연결된 바이패스 보호저항(R3)의 저항값보다 커지게 되면, 코일로 흐르는 전류가 바이패스 보호저항(R3) 쪽으로 우회하게 된다. This is because when a quench occurs for a certain cause in the superconducting coil, the superconducting state is broken and the resistance R 2 is rapidly generated in the coil. At this time, the resistance R 2 generated in the coil is connected to the coil Becomes larger than the resistance value of the path protection resistor R 3 , the current flowing to the coil is bypassed to the bypass protection resistor R 3 .

이하에서는 종래기술에 따른 계자권선부의 줄열 발생과 본 발명에 따른 계자권선부의 줄열 발생을 대비하여 바이패스 저항부의 역할 및 효과에 대해 살펴보도록 한다. Hereinafter, the role and effect of the bypass resistor portion will be described in order to prevent generation of jagged wire in the field winding portion and occurrence of jagged wire in the field winding portion according to the present invention.

우선 상기 바이패스 저항부(17)는 상기 계자권선부(12b)와 병렬로 연결되므로, 퀀치(quench) 발생 전에는 초전도 상태로써 저항이 영(0)값인 계자권선부로 모든 공급전류(I0)가 흐르도록 한다. 이에 모든 공급전류(I0)가 계자권선부(12b)에 흐르게 되어도 초전도 상태로 퀀치(quench) 현상이 발생되지 않게 되고, 줄열이 발생되지 않으므로 계자권선부(12b)가 파손될 우려가 없다.The bypass resistor unit 17 is connected in parallel with the field winding unit 12b so that all the supply current I 0 is supplied to the field winding unit having a zero resistance value in the superconducting state before the quench occurs Let it flow. Therefore, even if all of the supply current I 0 flows to the field winding section 12 b, no quench phenomenon occurs in the superconducting state, and there is no possibility that the field winding section 12 b is damaged because no jar is generated.

그러나, 초전도 상태가 깨져서 퀀치(quench) 현상이 발생되는 경우 계자권선부(12b)에 저항(R2)이 발생하므로 파손된 우려가 있다. 따라서 전원공급장치(15)에서 공급되는 전류가 상기 계자권선부(12b)와 바이패스 저항부(17)로 각각 나누어 분지되도록 한다.However, when a superconducting state is broken and a quench phenomenon occurs, a resistance (R 2 ) is generated in the field winding portion 12b, which may cause breakage. Accordingly, the current supplied from the power supply unit 15 is branched into the field winding unit 12b and the bypass resistance unit 17, respectively.

종래기술의 도 3과 본 발명의 도 5를 비교하면 확인할 수 있듯이, 퀀치(quench) 후 계자권선부에서 발생하는 줄열을 살펴보면, 먼저 종래기술에서는 줄열 에너지는 도 3에서처럼 W1 = V1*I1 으로, V1 값과 I1(=I0) 값이 퀀치(quench) 저항값(R0)에 따라 변화하므로 W1 의 값은 큰 값을 갖게 된다. (줄열 에너지 공식 : W = VI)As shown in FIG. 3 of the prior art and FIG. 5 of the present invention, as shown in FIG. 3, in the prior art, the row heat generated by the field winding after the quench is W 1 = V 1 * I 1 , the value of W 1 has a large value since the value of V 1 and the value of I 1 (= I 0 ) change according to the quench resistance value (R 0 ). (Diathermy energy formula: W = VI)

그러나, 본 발명에서의 줄열 에너지는 도 5에서처럼 W2 = V2*I2 으로, V2 값과 I2 값이 퀀치(quench) 저항값(R2)에 따라 변화하는데, I2 값은 I0 값에서 I3 값을 제외한 값(I0=I1+I2)이므로 W2 의 값이 W1(V1*I1)보다 더 작은 값을 갖게 된다.5, the W 2 = V 2 * I 2 , the V 2 value and the I 2 value vary according to the quench resistance value R 2 , and the I 2 value is I The value of W 2 is smaller than the value of W 1 (V 1 * I 1 ) because I 0 = I 1 + I 2 , excluding the value of I 3 .

이는 줄열 에너지 발생공식의 변형식인 W = I2*R 식에서 볼 수 있듯이, 퀀치(quench) 발생 후에 계자권선부(12b)에 흐르는 전류값(I2)이 종래기술에 따른 전류값(I0)보다 작게 되므로(I2<I0) 더 작은 줄열 에너지로 발생됨을 확인할 수 있다.As can be seen from the equation of W = I 2 * R, which is a modification of the joule heat energy generation formula, the current value I 2 flowing in the field winding portion 12 b after the quench generation is the current value I 0 according to the conventional technique, (I 2 &lt; I 0 ).

이로써 본 발명의 바이패스 저항부(17)를 통해 초전도 코일 내부에 저장된 자기 에너지와 외부 직류전원에 의한 통전 전류에 의해서 발생하는 줄열이 감소하여, 코일의 소손, 단선, 절연 파괴 혹은 기계적인 구조물 파괴를 방지할 수 있게 된다. 이와 같은 본 발명은 간단한 방법으로 고가의 초전도 코일을 퀀치(quench)로부터 보호함으로써 경제성을 도모한다.As a result, the magnetic energy stored in the superconducting coil through the bypass resistor unit 17 of the present invention and the heat generated by the current flowing through the external DC power supply are reduced, and the coil is burned, broken, Can be prevented. The present invention provides economical efficiency by protecting an expensive superconducting coil from a quench by a simple method.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 초전도 회전기에서 초전도코일이 권선된 계자권선부(12b)에서 초전도 상태를 잃어버리는 퀀치(quench) 현상 발생시 상기 초전도코일이 파손되는 것을 방지하여 보호하는 방법으로써, 상기 계자권선부(12b)에 전류를 공급하는 전원부(15a)로부터 연결된 전류도입 전선(13)에서 공급되는 전류의 일부를 바이패스 저항부(17)에 의해 분지하여 상기 계자권선부(12b)에 유입되는 전류를 감소시켜 계자권선부(12b)에 포함된 초전도코일이 줄열에 의해 파손되는 것을 방지하는 초전도 회전기의 계자코일 보호방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for preventing and protecting a superconducting coil from being damaged when a quench phenomenon occurs in which a superconducting state is lost in a field winding section (12b) where a superconducting coil is wound in a superconducting rotor A part of the current supplied from the current introduction wire 13 connected from the power supply section 15a for supplying the current to the field winding section 12b is branched by the bypass resistance section 17 so that the field winding section 12b To prevent the superconducting coils included in the field winding section (12b) from being damaged by the joule heat.

이에 상기 바이패스 저항부(17)는 상기 계자권선부와 병렬 연결되어 초전도코일이 퀀치(quench)되어 저항이 발생되는 경우 전원부(15a)에서 공급되는 전류가 분지될 수 있도록 한다.The bypass resistor unit 17 is connected in parallel to the field winding unit to quench the superconducting coil so that the current supplied from the power supply unit 15a can be branched when a resistance is generated.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 초전도회전기의 계자코일의 보호구조 및 보호방법을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, substitutions, and alterations can be made hereto without departing from the spirit of the present invention, and it is obvious that those parts easily changeable by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention.

11 : 저온용기 12a, 12b : 계자권선부(초전도코일)
13 : 전류도입 전선 14 : 스위치
15 : 전원공급장치 15a : 전원부
16 : 전원부공급 전류경로 17 : 바이패스 저항부
18 : 바이패스 분지전류 경로 19 : 분지 후 공급전류 경로
I0 : 공급전류 I1 : 분지 전 공급전류
I2 : 분지 후 공급전류 I3 : 바이패스 전류
R1 : 분지 전 퀀치(quench) 저항 R2 : 분지 후 퀀치(quench) 저항
R3 : 바이패스 보호저항11: Cryogenic vessel 12a, 12b: Field winding section (superconducting coil)
13: current introduction wire 14: switch
15: Power supply unit 15a: Power supply unit
16: Power supply current supply path 17: Bypass resistance section
18: Bypass branch current path 19: Post branching current path
I 0 : Supply current I 1 : Pre-branch supply current
I 2 : Supply current after branch I 3 : Bypass current
R 1 : Branching pre-quench resistance R 2 : Branch-after-quench resistance
R 3 : Bypass protection resistor

Claims (7)

초전도 회전기에서 초전도코일이 권선된 계자권선부,
상기 계자권선부에 전류를 공급하는 전원부,
상기 계자권선부에 공급되는 전류의 일부를 분지하는 바이패스 저항부,
전원부에서 공급되는 전류가 흐르는 전선 및
상기 전선의 단락 또는 단선시켜 초전도코일에 전류의 공급을 온 또는 오프하는 스위치를 포함하고,
상기 바이패스 저항부는 상기 계자권선부에서 초전도 코일이 초전도성을 잃어 퀀치(quench)되는 경우 계자권선부로 흐르는 전류를 분지하여 흐르도록 하는 바이패스 보호저항을 포함하며,
상기 바이패스 보호저항은 상기 계자권선부에서 퀀치되는 경우 초전도코일에서 발생되는 저항값(R2)보다 더 작은 저항값(R3)을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조.A field winding portion in which a superconducting coil is wound in a superconducting rotor,
A power supply unit for supplying a current to the field winding unit,
A bypass resistor portion for branching a part of the current supplied to the field winding portion,
The electric current supplied from the power supply unit and
And a switch for turning on or off the supply of a current to the superconducting coil by shorting or disconnection of the electric wire,
Wherein the bypass resistance unit includes a bypass protection resistor that branches and flows a current flowing to the field winding unit when the superconducting coil in the field winding unit loses superconductivity and is quenched,
Wherein the bypass protection resistor has a resistance value (R 3 ) smaller than a resistance value (R 2 ) generated in the superconducting coil when it is quenched in the field winding section. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 바이패스 저항부는 상기 계자권선부와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조.The method according to claim 1,
Wherein the bypass resistor unit is connected in parallel with the field winding unit. 제1항에 있어서,
상기 바이패스 저항부는 상기 전원부에서 인출되는 전선의 일 단자에 연결되어 공급 전류의 일부를 분지하는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 계자코일 보호구조.The method according to claim 1,
Wherein the bypass resistor part is connected to a terminal of a wire drawn out from the power supply part to branch a part of a supply current. 삭제delete 초전도 회전기에서 초전도코일이 권선된 계자권선부에서 초전도 상태를 잃어버리는 퀀치(quench) 현상 발생시 상기 초전도코일이 파손되는 것을 방지하여 보호하는 방법으로써,
상기 계자권선부에 전류를 공급하는 전원부로부터 연결된 전류도입 전선에서 공급되는 전류의 일부를 상기 계자권선부와 병렬로 연결된 바이패스 저항부를 통해 분지하여 상기 계자권선부에 유입되는 전류를 감소시켜 계자권선부에 포함된 초전도코일이 줄열에 의해 파손되는 것을 방지하고,
상기 바이패스 저항부의 저항값은 퀀치 발생 시 상기 계자권선부에서 발생하는 저항값보다 작은 저항값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 계자코일 보호방법.A method for preventing and protecting a superconducting coil from being damaged when a quench phenomenon occurs in which superconducting coils are wound in a superconducting rotor and the superconducting state is lost in a field winding portion,
A part of the current supplied from the current introduction wire connected from the power supply unit for supplying current to the field winding unit is branched through the bypass resistor unit connected in parallel with the field winding unit to reduce the current flowing into the field winding unit, Thereby preventing the superconducting coils included in the unit from being damaged by the joule heat,
Wherein the resistance value of the bypass resistance section is set to a resistance value smaller than a resistance value generated in the field winding section when a quench is generated. 삭제delete
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