DE2155438C3 - In den supraleitenden Zustand zurückkehrender supraleitender Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Schalter der in den supraleitenden Zustand zurückkehrt. Wenn ein supraleitender Schalter infolge einer Steuerwirlcung aus dem supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand übergeht, hat er die Tendenz, trotz des Aussetzens der Steuerwirkung in diesem letzteren Zustand zu verbleiben.

Es ist bekannt, einen supraleitenden Schaller an die Klemmen einer supraleitenden Energiespeicherspule anzuschließen. Während die Spule ständig supraleitend bleibt, muß der Schalter zunächst während der Ladephase der Speicherspule im Normalzustand bleiben, sodann während der Speicherphase den supraleitenden Zustand aufweisen und sich während der Entladephase wieder im Normalzustand befinden. Der im Normalzustand auftretende Widerstand muß ausreichend groß in bezug auf den Verbraucherwiderstand sein, in den die in der Speicherspule eingespeicherte magnetische Energie eingespeist wird.

Der ( jergang von einem Zustand in den anderen kann entweder durch die Zufuhr von thermischer Energie, durch Überschreiten des kritischen Steuerstroms oder durch magnetische Steuerung erzielt werden. Die Temperatur, der Strom und das Magneffeid sind theoretisch die drei Parameter, die den Übergang aus dem supraleitenden Zustand in den normallciteriden Zustand und umgekehrt gewährleisten. Die Thermodif fusion ist jedoch zu langsam, um einen schnellen Schalter auszulösen, Und der Strom kann schwer auf einem konstanten Wert gehalten werden, wenn der Schalter aus einem keinen Widerstand aufweisenden supraleitenden Zustand in einen normalleilenden Zustand übergehl, der einen sehr hohen Widerstand hat.

Von den drei genannten Möglichkeiten wird nur das Magnetfeld ausgenutzt, um den Schalter in einen anderen Zustand gelangen zu lassen. Das Magneilfeld wird durch die Sekundärwicklung erzeugt, die die Hauptwicklung des Schalters umgibt, und durch die Sekundärwicklung fließt ein Stromimpuls einer bestimmten Dauer. Wenn die Impulsdauer vorüber ist, bleibt das in den Normalzustand gelangte supraleitende Material in der Mehrzahl der Fälle in diesem Zustand. Dies hat den Nachteil, daß ein Vorgang nicht beendet wird, dessen Ursache nicht mehr wirksam ist.
Die Erfindung behebt diesen Nachteil.
Sie ermöglicht, das supraleitende Material in den Zustand gelangen zu lassen, den es vor dem Übergang aufwies, und zwar sobald die den Übergang vollziehende Steuerwirkung aufgehört hat.
Gegenstand der Erfindung ist ein supraleitender Schalter, ausgerüstet mit einer supraleitenden Hauptwicklung und einer Steuerwicklung, auf die ein Steuerkreis einen elektrischen Impuls gibt, der eine magnetische Induktion bewirkt, um die Hauptwicklung aus dem supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sieuerkreis erste Einrichtungen zur Regelung des Weris der Amplitude des elektrischen Impulses aufweist, die zweiten Einrichtungen zur Regelung des Werts der Dauer des elektrischen Impulses in Abhängigkeit vom Wert der Amplitude zugeordnet sind und daß die Werte der Amplitude und der Dauer der impulse derart eingestellt werden, daß nach Abklingen des Impulses die spontane Rückkehr des Schalters in den supraleitenden Zustand gewährleistet ist.

so Der erfindungsgemäße Schalter wird an Hand der Figur und eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

F i g. 1 isl ein elektrisches Schaltbild, das den Betrieb der durch einen Schalter gesteuerten Energiespeicherspule veranschaulicht.

F i g. 2 veranschaulicht eine schematische Kurve, die zwei Betriebsbereiche des Schalters voneinander trennt.

In Fig. 1 ist eine supraleitende Energiespeicht-ispule

1 veranschaulicht, an deren K'emmen der Schalter 2 liegt. Das aus .Speicherspule 1 und Schalter 2 bestehende Ganze ist in einem kryogenen Gehäuse 3 untergebracht, in dem die Temperatur des flüssigen Heliums herrscht. Die Ladung der Speicherspule I erfolgt durch eine Stromquelle 4. deren Stromkreis durch den Schalter 5 gesteuert wird. Ocr Widerstand 6 bildet den Ersatz widerstand des V^rbraucherstromkreises bei der Entladung der in der Speicherspule 1 gespeicherten magnetischen Energie. Wenn die Speichersptilc 1 von der Stromquelle 4 geladen worden ist. wird der Schalter 5 geöffnet und der Schalter 2 geschlossen. Die magnetische Energie wird sodann in den aus der Speicherspule 1 und dem Schalter 2 bestehenden S'romkreis eingespeichert. Wenn diese Energie in den Verbraucherwiderstand 6 übertragen werden soll, wird der Schalter 2 geöffnet, und die Energie fließt in den Widerstand 6. Wenn der Schaller 2 rechtzeitig gentig wieder geschlossen wird, kann die restliche eingespei cherte Energie aufrechterhalten und die Speicherphasc verlängert werden. Das Offnen und Schließen des Schalters 2 wird dadurch erschwert, daß es sich bei dem Schalter 2 um einen supraleitenden Schalter handelt. Dieser weist eine Hauptwicklung auf, die in der Figur nicht dargestellt Und von einer Steuerwicklung 7 Umgeben ist. Diese empfängt Impulse von den Kondensatoren 8 und 9, die vorher geladen Wurden und über einen Schaller 10 entladen werden.

Durch eine Anordnung von (Hehr oder weniger Kondensatoren kann die Amplitude des auf die Steuerwicklung 7 gegebenen elektrischen Impulses

21

438

geändert werden. Die Anzahl der betriebenen Kondensatoren kann mit Hilfe eines Schalters bekannter Bauart geändert werden. Die Dauer des elektrischen Impulses wird durch die Schließdauer des Schalters IO geregelt. Diese kann durch ein Zeitrelais gesteuert werden.

Der elektrische Impuls fließt durch die Steuerwicklung 7 und erzeugt ein magnetisches Feld einer bestimmten Dauer und einer bestimmten Stärke. Die Hauptwicklun_fa des Schalters 2, der sich im supraleitenden Zustand befindet und keinen Widerstand aufweist, d. h. der Schalter ist geschlossen, gelangt dann in den Normalzustand, der einen hohen Widerstand hat, wobei der Schalter geöffnet ist. Wenn die Wirkung des Magnetfeldes aufhört, muß der Schalter 2 wieder in den supraleitenden Zustand gelangen. Diese Rückkehr in den supraleitenden Zustand kann nur erfolgen, wenn bestimmte Bedingungen, die durch die Kurve der F i g. 2 erläutert werden, erfüllt sind.

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung mit orthogonal normierten Bezugszeichen, in der die Impulsdauer At als Ordinate und die magnetische induktion S als Abszisse aufgetragen ist. Die Dauer zlnst in Mikrosekunden und die magnetische Induktion B in Tesla gemesr.en. Das Diagramm teilt den ersten Quadranten in zwei Bereiche I und It.

Im Bereich I verbleibt der Schalter 2 im Normalzusland, wenn der magnetische Impuls, durch den er aus dem supraleitenden Zustand in den Normalzustand gebracht wurde, abgeklungen ist.

Im Bereich Il wird der Schalter 2 wieder supraleitend, wenn der magnetische Impuls, durch den er aus dem supraleitenden Zustand in den Normalzustand gebracht wurde, aussetzt. Dank einer Dauer des magnetischen Impulses von 0,3 Mikrosekunden und einer magnetischen Induktion von mehr als I Tesla kann der Schaller 2 in den supraleitenden Zustand gebracht werden, wenn die Dauer von 0,3 Mikrosekunden abgeluulcn ist. Diese Werte können erzielt werden, indem die Dauer der Schließung des Schalters IO und die Ladung der Kondensatoren 8 und 9 verändert werden.

Das Diagramm der Fig.2 gilt ohne Einschränkung, und der Bereich 2 ist um so größer, je großer der Wärmeaustausch zwischen der supraleitenden Hauptwicklung und dem Kühlmedium ist. Wenn der in magnetische Steuerimpuls des Schalters abgeklungen ist. wird die Hauptwicklung um so leich'er supraleitend, je mehr überschüssige Wärmeenergie das Kühlmedium abzuführen vermag.

Die Hauptwicklung des Schalters 2 besteht entweder ü aus dünnen supraleitenden Schichten oder aus feinen Drähten, die in einem einen Widerstand aufweisenden Mantel vergossen sind. Die Hauptwicklung ist so aufgebaut, daß sie in beiden Fällen wie ein Wärmeaustauscher arbeitet, der eine maximale Fläche für den .'o Wärmeaustausch mit dem Kühlp .Jium bietet. Im Normalzustand muß der Schalter einen sehr hohen Widerstand aufweisen, damit der Durchgang des Entladestromes verringert wird. Eine Zunahme des Entladestroms bewirkt nämlich ein schädliches Anstei- >ι gen der Temperatur des Schalters.

Der erfindungsgemäße Schalter kann in allen Fällen verwendet werden, in denen nach dem Übergang in den Normalzustand eine sofortige Rückkehr in den supraleitenden Zustand erforderlich ist. Er kann besonders da/u κι dienen, die Speicherphase zu verlängern und eine erneute Entladung der Speicherspule durchzuführen, ohne deren Wederaufladung zu erfordern.

Besonders interessante Anwendungen bestehen auf dem Gebiet der Plasma- und Laserlampenentladung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

2i 55 438 Patentansprüche:

1. Supraleitender Schalter, ausgerüstet mit einer supraleitenden Hauptwicklung und einer Steuerwicklung, auf die ein Sieuerkreis einen elektrischen Impuls gibt, der eine magnetische Induktion bewirkt, um die Hauptwicklung aus dem supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (7) erste Einrichtungen zur Regelung des Werts der Amplitude des elektrischen Impulses aufweist, die zweiten Einrichtungen zur Regelung des Werts der Dauer des elektrischen Impulses in Abhängigkeit vom Wert der Amplitude zugeordnet sind, und daß die Werte der Amplitude und der Dauer der Impulse derart eingestellt werden, daß nach Abklingen des Impulses die spontane Rückkehr des Schalters (2) in den supraleitenden Zustand gewährleistet ist

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des elektrischen Impulses weniger als 1 Mikrosekunde betragt und der Wert der Amplitude des elektrischen Impulses eine magnetische Induktion von mehr als 0,1 Tesla erzeugt.

J. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwickluag sehr große Flächen für den Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium aufweist.