Устройство для защиты сверхпроводящего магнита

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в технике сверхпроводящих магнитных систем. Цель изобретения состоит в повышении надежности защиты сверхпроводящего магнита при запитке его гармоническим током. Устройство содержит сверхпроводящий магнит 3, защитный резистор 4, датчик 5 тока, высоковольтный двигатель 6, дифференциальный усилитель 7, фазовращатель 9, выпрямитель 10. При возникновении нормальной фазы между током в цепи магнита 3 и напряжением на нем создается фазовый сдвиг, в результате чего на выходе дифференциального усилителя 7 возникает сигнал, приводящий к срабатыванию исполнительного органа и выводу энергии из магнита 3 на защитный резистор 4. Преимуществом устройства является то, что обнаружение нормальной фазы производится не по величине активного напряжения на магните, а по сдвигу фаз между напряжениями с магнита и датчика тока. 3 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в технике сверхпроводящих магнитных систем. Цель изобретения - повышение надежности защиты сверхпроводящего магнита при запитке его гармоническим током. На фиг. 1 приведена функциональная схема запитки и защиты сверхпроводящего магнита; на фиг. 2 - временная диаграмма при отсутствии нормальной фазы; на фиг.3 - временная диаграмма при появлении нормальной фазы. Устройство содержит высоковольтный источник 1 переменного тока, контактор 2, включенный в силовую цепь питания сверхпроводящего магнита 3, защитный резистор 4, на котором выделяется энергия, запасенная в магните 3 при его переходе в нормальное состояние, датчик 5 тока, например измерительный шунт, включенный в силовую цепь источника питания, высоковольтный делитель 6, состоящий, например, из двух резисторов R1, R2, служащий для понижения напряжения на входе устройства для защиты, дифференциальный усилитель 7, подключенный первым входом к высоковольтному делителю 6, усилитель 8, соединенный с датчиком 5 тока, фазовращатель 9, вход которого соединен с выходом усилителя 8, а выход - с вторым входом дифференциального усилителя 7, выпрямитель 10, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 7, а выход - с входом компаратора 11, выход которого через исполнительный орган 12 соединен с контактором 2. Устройство работает следующим образом. При протекании гармонического тока i = Imsin ωt по силовой цепи через сверхпроводящий магнит 3 на магните возникает напряжение U₁= L = ωLImsin(ωt+ϕ₁) (фиг.2а), где ϕ₁ = 90^о. Напряжение на датчике 5 тока будет в фазе с протекающим по нему током U₂ = R_д.т., Imsin ωt (фиг.2б), где R_д.т. - активное сопротивление датчика тока. Так как амплитуда напряжения U₁ может достигать десятков киловольт, то это напряжение делится высоковольтным делителем 6 до уровня, соответствующего единицам - десяткам вольт, и подается на первый вход дифференциального усилителя 7. Напряжение U₂ усиливается усилителем 8 и подается на фазовращатель 9, где производится сдвиг по фазе на угол ϕ₁= 90^о (фиг.2в). С выхода фазовращателя 9 напряжение U₃ подается на второй вход дифференциального усилителя 7, куда оно приходит в фазе с напряжением U₁ (фиг.2а, в). Амплитуды напряжений U₁, U₃ выравниваются регулировкой коэффициента усиления усилителя 8. В результате того, что напряжения U₁, U₃ приходят на входу дифференциального усилителя 7 в фазе и равными по амплитуде, то они вычитаются и на его выходе сигнал отсутствует (фиг.2г). При возникновении формальной фазы в сверхпроводящем магните возникает активное сопротивление r и между током в цепи магнита 3 и напряжением на нем создается фазовый сдвиг ϕ₂ (фиг.3), определяемый из выражения tg ϕ = X_L/r, где Х_L - индуктивное сопротивление магнита 3. Поэтому на магните 3 возникает напряжение U₁ = ωLImsin(ωt + ϕ₂), где ϕ₂ < 90^о (фиг.3). В результате того, что напряжение с датчика 5 тока сдвигается фазовращателем 9 на 90^о, то напряжения U₁, U₃ (фиг.3а, в) на входах дифференциального усилителя 7 оказываются сдвинутыми между собой на фазовый угол 90^о - ϕ_2. На выходе дифференциального усилителя 7 появляется разностное напряжение U₄ (фиг.3г), которое поступает на выпрямитель 10 и выпрямляется в пульсирующее напряжение U₅ (фиг.3д). Напряжение U₅ подается на компаратор 11, имеющий регулируемый порог срабатывания U_комп (фиг.3д). При превышении уровня U_комп напряжением U₄компаратор 11 срабатывает и на его выходе появляется напряжение U₆(фиг. 3е), которое приводит к срабатыванию исполнительного органа 12, а следовательно и контактора 2, что вызывает защитный вывод энергии из магнита 3 на защитный резистор 4. Обнаружение нормальной фазы описываемым устройством производится не по величине активного напряжения на магните, а по сдвигу фаз между напряжением с магнита и датчика тока. Это позволяет понизить напряжение на входе устройства для защиты с помощью простого высоковольтного делителя без уменьшения чувствительности устройства, так как при этом величина фазового сдвига между напряжениями с магнита и датчика тока не изменяется. Другим достоинством устройства является то, что одними и теми же элементами осуществляется компенсация высоковольтного реактивного напряжения на магните и выделение из него напряжения нормальной фазы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАГНИТА, содержащее дифференциальный усилитель, выход которого через компаратор подключен к исполнительному органу, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты сверхпроводящего магнита при запитке его гармоническим током, в него введены высоковольтный делитель, датчик тока, усилитель, фазовращатель и выпрямитель, причем первый вход дифференциального усилителя через высоковольтный делитель подключен к выводам сверхпроводящего магнита, второй вход дифференциального усилителя через последовательно соединенные фазовращатель и усилитель подключен к датчику тока, а выход дифференциального усилителя соединен с входом компаратора через последовательно включенный выпрямитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3