Устройство для защиты сверхпроводящего магнита при возникновении в нем нормальной фазы

О П И С А Л И-"Е ИЗОБРЕТЕ ИМЯ 1ооб 9 О 91 Союз Советских Социалнстниеских Реслублик(23) Приоритет -Н 02 Н 7/О Н 01 Г 7/2 иеударегненний кимите СССР пп делам изобретении и игкрыгнй(5 СТРОЙСТВО РИ ВОЗНИК но г Изобретение относится к устройствам для защиты :верхпроводящих магнитов и может быть использовано всистемах питания электрофизическогооборудования,При переходе сверхпроводящегомагнита в нормальное состояниенакопленная в его индуктивностиэнергия выделяется в виде тепла нанебольшом участке обмотки, вызываявзрывообразное кипение жидкого гелия,избыточное давление в криостате,опасность разрушения обмотки. Во избежание этого необходимо обнаружитьмомент появления нормальной фазы в обмотке на ранней стадии и своевременвывести энергию из сверхпроводящео магнита1,(21.Пульсации напряжения источниковпитания сверхпроводящих магнитов иэлектромагнитных наводок вызываютложное срабатывание устройств защиты.Устройства подавления пульсаций всильноточных цепях (10 -10 а) сложны3 4и в изготовлении и настройке, и значительно увеличивают габариты и стоимость источников питания, хотя из-забольшой добротности сверхпроводящихмагнитов стабильность тока достаточно высока, и в подавлении пульсаций Я ЗАЩИТЫ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАГИИЕНИИ В НЕМ НОРМАЛЬНОЙ ФАЗЫ нет необходимости, Поэтому более 1 гелесообразно применить помехоустойчивую защиту, позволяющую обнаруживатьсигнал нормальной фазы при наличиипульсаций и наводок,Известные устройства для защитысверхпроводящих магнитов при возникновении в них нормальной фазы 3,4)содержащие датчик нормальной фазыс компенсацией индуктивной составляющей напряжения магнита с помощьюдополнительной несверхпроводящей обмотки, намотанной совместно со сверхпроводящей или с помощью компенсационного моста, подключенного к концам сверхпроводящей обмотки и к еесредней точке, Выход датчика нормальной фазы через пороговый элемент соединен с выходом исполнительного органа защиты сверхпроводящего магнита.Наличие на входе устройства защитынескомпенсированных пульсаций напряжения и сигнала электромагнитных наводок приводит к его ложному срабатыванию и к зависимости чувствительности ус ройства от вел 1.ины помехи, чтоявляется недостатком этих устройств,Наиболее близким по техническойсущности является устрогство для защиты сверхпроводящего магнита привозникновении в нем нормальной Фазы 5 . Это устройство состоит иэдатчика нормальной фаеы с компенсацией индуктивной составляющей, поро;гоного элемента, блока время-амплитудного преобразователя, компаратора,исполнительного органа защиты сверхпроводящего магнита, Выход датчиканормальной фазы подключен к входупорогового элемента, выход которогосоединен с входом блока время-амплитудного преобразователя со сбросом, 1 ОВыход преобразователя через компаратор связан с входом исполнительногооргана системы защиты сверхпроводящего магнита, На вход порогового элемента с датчика поступает напряжение 15нормальной Фазы, Из-за неабсолютнойкомпенсации в датчике индуктивнойсоставляющей напряжения на магнитенапряжение нормальной Фазы оказывается промодулированным по амплитуде напряжением помехи, Сигнал с выхода порогового устройства подается на ьходпреобразователя, при этом напряжениес выхода преобра.зователя застанляетсрабатывать компаратор только тогда,когда величина напряжения нормальнойфазы превысит значение, равное суммевеличин напряжения порога срабатывания порогового устройства и амплитудынапряжения помех.,Исполнительный о 1 эган защиты срабатывает лишь при появОлении на выходе преобразователя напряжения, по длительности превосходящегосигнал помехи, и поэтому предотвращается ложное срабатывание устройствазащиты при отсутствии сигнала нормальной Фазы,Недостатком известного устройствазащиты является зависимость его чувствительности от уровня сигнала помехи, не позволяющее иметь высокуючувствительность устройства при наличии больших по амплитуде помех,Для своевременного выявления сигнала нормальной фазы чувствительностьустройства защиты должна составлятьединицы милливольт вне зависимостиот величины нескомпенсиронанных напряжений помех.Цель изобретения - устранение влияния величины сигнала помехи на чувствительность срабатывания устройства для зашиты сверхпроводящего магнита при возникновении в нем нормальной Фазы,Сущность изобретения заключаетсяв том, что и устройство для защиты 55сверхпроводящего магнита при возникновении в нем нормальной фазы, содержащее датчик нормальной фазы и соединенные последовательно пороговыч элемент, блок время - амплитудного преобразователя со сбросом и компаратор,выход которого соединен со входомисполнительного органа, введены первый и второй выпрямители, Фильтрверхних частот, сумматор, вход перного выпрямителя соединен с датчикомнормальной фазы, а выход-с первймвходом сумматора, вход Фильтра верхних частот соединен с датчиком нормальной фазы, а выход - через второйвыпрямитель с вторым входом сумматора, причем выход сумматора соединенс входом порогового элемента,На Фиг, 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройстна, котороесодержит датчик 1 нормальной фазы,компенсирующий реактивную составляющую напряжения со сверхпроводящегомагнита, первый выпрямитель 2,Фильтр 3 верхних частот, пропускающийнапряжение пульсаций и электромагнитных наводок, второй выпрямитель 4,сумматор 5, производящий суммирование напряжений с выходов первого ивторого выпрямителей, пороговый элемент б, задающий уровень срабатывания устройства, блок время-амплитудного преобразователя 7, преобразующего длительность сигнала с выходапорогового элемента в напряжение,компаратор 8, определяющий время задержки , исполнительный орган защиты магнита 9, отключающий сверхпроводяший магнит от источника питания. Первый и нторой выпрямители 2,4 соответственно могут быть построены на базе операционных усилителей,обеспечивающих чувствительности нениже 2 мв. Фильтр 3 верхних частотдолжен пропускать гармонический сигнал помехи и препятствовать прохождению сигнала нормальной фазы, имеющего большую длительность, чем период сигнала помехи Т, Других специальных требований к элементам устройства не предъявляется,Работа устройства поясняется временной диаграммой (фиг,2), При наличии на входе устройства напряжениянормальной фазы (фиг,2 а) и напряжений пульсаций или электромагнитныхнаьодок (фиг,26) с выхода датчика 1напряжение нормальной фазы, промодулиронанное по амплитуде напряжениемсигнала помехи (фиг,2 в) поступаетна вход первого выпрямителя 2 и входФильтра верхних частот 3, Первыйвыпрямитель 2 преобразует сигналв напряжение одной полярности (фиг,2 г), Фильтр верхних частот 3 пропускает без искажений гармоническийсигнал помехи (фиг,2 д) и не пропускает сигнал нормальной фазы, длительность которого значительно превышаетпериод сигнала помехи Тп. Далее сигнал с выхода фильтра верхних частот3 преобразуется вторым выпрямителем 4в напряжение одной полярности (Фиг,2 е),С момента появления напряжения нормальной фазы гармонический сигнал помехи с выхода первого выпрямителя 2 оказывается сдвинутым по фазе по отношению к сигналу помехи с ныхода второго выпрямителя 4 на величину, 649091зависящую от амплитуды напряжениянормальной фазы. При суммировании насумматоре 5 сдвинутых по Фазе сигналов на его выходе появляется пульсирующее напряжение, минимальные значения Бщп которого соответствуют напряжению нормальной Фазы (фиг,2 ж), 5Эти значения и на выходе сумматора 5 появляются одновременно с появлением сигнала нормальной фазы насверхпроводящем магните (фиг,2 а), чтообеспечивает своевременное обнаруже- Яние сигнала нормальной фазы,При отсутствии сигнала нормальнойфазы от гармонического сигнала помехисрабатывает пороговый элемент б(фиг. 2 з), напряжение на выходе преобразователя 7 не успевает вырасти дозначения пброга срабатывания компаратора 8 к моменту возврата элемента б вначальное состояние (фиг.2 и), так каквыбором параметров преобразователя 7и компаратора 8 обеспечено выполнениеусловий Тп ( . При возврате элемента б в начальное состояние происходитсброс преобразователя 7 в нулевоеисходное положение, что предотвращаетложное срабатывание. При появлении 25напряжения нормальной Фазы, длительность которого значительно больше Тя,напряжение с выхода преобразователя7 достигает значения порога срабатывания компаратора 8 (Фиг.2 и). Пос- Юледний срабатывает (фиг,2 к) и включает исполнительный орган зашитысверхпроводящего магнита, Таким образом, чувствительность устройстване зависит от уровня пульсаций напряжений на магните и напряженияэлект,эомагнитных наводок на входеустройства.У транение зависимости чувствительности устройства от уровня пульсацийнапряжения на сверхпроводящем магнитеи напряжения электромагнитных наводокпозволяет увеличить чувствительностьустройства для защиты сверхпроводящихмагнитов, снизить требования к пульсациям тока системы питания; уменьшитьрасход жидкого гелия при переходесверхпроводящего магнита в нормальноесостояние за счет своевременного обнаружения нормальной фазы и выводаэнергии из магнита; осуществить две Оступени защиты. Первая ступень зашиты обнаруживает появление сигнала нормальной Фазы на уровне 1-2 мв и подает в источник питания сигнал, вызывающий уменьшение тока в магните Распространение нормальной Фазы прекратится, она исчезнет и не возникнет необходимость осуществлять аварийный выход энергии из магнита, Если нормальная фаза продолжает распространяться, то сработает вторая ступень защиты. Она отключит источник питания и произойдет вывод энергии из сверхпроводящего магнита на защитное сопротивление.Формула изобретенияУстройство для зашиты сверхпроводящего магнита при возникновении внем нормальной Фазы, содержащеедатчик нормальной фазы и соединенныепоследовательно пороговый элемент,.блок время - амплитудного преобразователя со сбросом и компаратор, выход которого соединен со входом исполнительного органа, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем устранения влияния величины сигнала помехи,в него дополнительно введены два выпрямителя, фильтр верхних частот исумматор, причем вход первого аыгрямителя соединен с датчиком нормальнойфазы, а выход - с первым входом сумматора, ко второму входу которогоподключен выход второго выпрямигеля,вход которого через фильтр верхнихчастот подсоединен к датчику нормальной Фазы,Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1, Зенкевич В,В Сычев В.В, Иагнитные системы на сверхпроводниках,И Наука, 1972, с,5.2, Веников В,А, и др, Сверхпроводники в энергетике, И., Энергия,1972, с,12,3. Патент США Р 3,304,466,кл, 317-13,4. Дубасов В.Г, и др. Устройствозашиты сверхпроводящих соленоидов,Препринт НИИЭФА, Б, 1972,5. Авторское свидетельство СССРУ 512530, кл. Н 02 Н 7/00, 1974,649091- 3 вРте Риг. 2 Составитель Л,ВаськоваТехред Ю. Ниймет Корректор В.Куприянов едактор А.Садомов Заказ 572/51 илиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектная,Тираж.85 ЦНИИПИ Государственного по делам иэобретений и 113035, Москва, Ж, Рау