(57)【要約】【課題】構造が単純で試験の実施が容易なＳＭＥＳ用コイルの性能評価試験装置を提供する。【解決手段】ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１は、ＳＭＥＳコイル２を励磁するための電源装置３と開閉装置４とを直列に接続した直列回路に、半導体スイッチ素子５と抵抗６とを並列に接続して構成される試験電圧発生用ユニット７を少なくともニ以上直列に接続したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＭＥＳコイルを励磁するための電源装置と、この電源装置と前記ＳＭＥＳコイルとの電気的接続を入り切り可能な開閉装置とを直列に接続した直列回路に、
半導体スイッチ素子と抵抗とを並列に接続して構成される試験電圧発生用ユニットを、少なくとも複数個、直列に接続したことを特徴とするＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置。
【請求項２】
前記開閉装置は、直流遮断器および半導体スイッチ素子の何れかを有することを特徴とする請求項１記載のＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置。
【請求項３】
前記抵抗は、各々が異なる抵抗値であることを特徴とする請求項１または２記載のＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置。
【請求項４】
前記抵抗は、重み付けを調整することで抵抗値の調整可能な可変抵抗であることを特徴とする請求項１または２記載のＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置。
【請求項５】
前記抵抗は、重み付けを調整することで抵抗値の調整可能な可変抵抗であって、前記抵抗の重み付けは、前記抵抗の数をｎ（ｎは２以上の自然数）とするとき、各々１、２、…、２ｎ−２、２ｎ−１であることを特徴とする請求項１または２記載のＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
試験対象物の性能を評価する試験装置および当該試験対象物の保護装置に係り、特に、構造を単純化し、小型化および低価格化を図ったＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導技術の電力分野への応用の中で、従来のエネルギー貯蔵装置に比べ、貯蔵効率が高く、エネルギーの出し入れ速度が速いといった特徴を有する超電導エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ：Superconducting Magnetic Energy Storage system）が近年開発運用されている。超電導エネルギー貯蔵装置（以下、ＳＭＥＳとする）は、瞬時電圧低下補償、系統安定化（負荷変動・周波数変動）、および負荷の平準化等の広範囲な応用が期待されている。このような超電導エネルギー貯蔵装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平５−３００６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＳＭＥＳの信頼性向上のためには、キーデバイスとなるＳＭＥＳコイルの信頼性向上が不可欠である。そのため、ＳＭＥＳ製作の段階毎にコイル性能試験を実施する必要がある。
【０００４】
しかしながら、ＳＭＥＳ用コイルの性能試験を実施するための試験装置においては、充電エネルギーが大きいため（数ＭＪ〜十ＭＪ）、ＳＭＥＳ用コイルの引き出し電圧および電流は数ｋＶ・数ｋＡと大電流・高電圧となる。そのため、単体ユニットＳＭＥＳコイル・組合せＳＭＥＳコイル評価を実施する試験電源設備も大型化し、低価格化・小型化する方法が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、構造が単純で試験の実施が容易なＳＭＥＳ用コイルの性能評価試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置は、上述した課題を解決するため、請求項１に記載したように、ＳＭＥＳコイルを励磁するための電源装置と、この電源装置と前記ＳＭＥＳコイルとの電気的接続を入り切り可能な開閉装置とを直列に接続した直列回路に、半導体スイッチ素子と抵抗とを並列に接続して構成される試験電圧発生用ユニットを、少なくとも複数個、直列に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置によれば、従来のように大型の試験装置が無くてもＳＭＥＳコイルの両端に試験に必要な電圧を印加することができる。従って、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置の構造単純化および小型化に貢献できるとともに、性能試験の実施を容易化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係るＳＭＥＳ用コイルの性能評価試験装置を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【０００９】
図１に、本発明に係るＳＭＥＳ用コイルの性能評価試験装置の一実施例であるＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１の回路構成を表す回路構成図を示す。
【００１０】
尚、図１は、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１に性能評価試験の対象となるＳＭＥＳコイル２を接続した状態を示している。
【００１１】
図１によれば、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１は、電源装置３と開閉装置４との直列回路における接点Ａと接点Ｂとの間に、半導体スイッチ素子５ｎと抵抗６ｎとを並列に接続して構成されるユニット（以下、試験電圧発生用ユニットとする）７ｎを、少なくとも複数個、直列に接続して構成される。
【００１２】
電源装置３は、ＳＭＥＳコイル２の性能評価試験に必要とされる低電圧大電流を、開閉装置４を介して接点Ａ−Ｂ間に接続されるＳＭＥＳコイル２に供給する。これにより、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１は、ＳＭＥＳコイル２を励磁することができる。
【００１３】
開閉装置４は、性能評価試験の対象となるＳＭＥＳコイル２と電源装置３との電気的接続の入り切りを切り替えるための装置である。開閉装置４は、例えば、直流遮断器や半導体スイッチ装置で構成される。
【００１４】
半導体スイッチ素子５は、一般的な半導体のスイッチ素子であり、例えば、ＩＧＢＴ、ＩＥＢＴ等である。また、抵抗６は、一般的な抵抗素子である。
【００１５】
ここで、図１に示すＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１において、接点Ａ−Ｂ間に接続されるｎ（ｎは２以上の任意の整数）個の試験電圧発生用ユニット７の各々を、第１の試験電圧発生用ユニット７ａ、第２の試験電圧発生用ユニット７ｂ、…、第ｎ−１の試験電圧発生用ユニット７ｎ−１、および、第ｎの試験電圧発生用ユニット７ｎと称する。
【００１６】
また、第１の試験電圧発生用ユニット７ａが有する半導体スイッチ素子５を、第１の半導体スイッチ素子５ａと称し、第１の試験電圧発生用ユニット７ａが有する抵抗６を、第１の抵抗６ａと称する。以下、同様にして、第ｎの試験電圧発生用ユニット７ｎが有する半導体スイッチ素子５を、第ｎの半導体スイッチ素子５ｎと称し、第ｎの試験電圧発生用ユニット７ｎが有する抵抗６を、第ｎの抵抗６ｎと称する。
【００１７】
次に、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１の作用について説明する。
【００１８】
まず、電源装置３および開閉装置４を介して接点Ａ−Ｂ間に接続されるＳＭＥＳコイル２を定格電流まで励磁する。ＳＭＥＳコイル２を定格電流まで励磁した後、ＳＭＥＳコイル２と並列に設置された半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎを全てＯＮにした状態で開閉装置４を開放して電源装置３とＳＭＥＳコイル２とを電気的に切り離す。
【００１９】
半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎを全てＯＮ状態のまま電源装置３とＳＭＥＳコイル２とを電気的に切り離すと、ＳＭＥＳコイル２と半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎとで構成される回路において永久電流モードが成立する。
【００２０】
この永久電流モードの状態下において、試験電圧発生用ユニット７のうち１つの半導体スイッチ素子５（例えば、第１の半導体スイッチ素子５ａ）をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えると、永久電流モードの回路に抵抗６ａが挿入された状態となり、第１の抵抗６ａの両端に電圧が発生する。ＳＭＥＳコイル２の両端に発生する電圧は、ＳＭＥＳコイル２を流れる電流、すなわち、コイル電流Ｉと第１の抵抗６ａの抵抗値Ｒaとの積である。
【００２１】
また、残りの半導体スイッチ素子５ｂ〜５ｎを必要に応じてＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えることで必要な電圧をＳＭＥＳコイル２の両端に発生させることができる。例えば、第１の半導体スイッチ素子５ａに続いて、第２の半導体スイッチ素子５ｂをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えれば、ＳＭＥＳコイル２の両端には、コイル電流Ｉ×（第１の抵抗６ａの抵抗値Ｒa＋第２の抵抗６ｂの抵抗値Ｒb）の電圧が発生する。
【００２２】
ところで、ＳＭＥＳコイル２の性能評価試験中において、ＳＭＥＳコイル２のクエンチ（部分的常伝導状態化）部分が生じることがないとも限らない。ＳＭＥＳコイル２にクエンチ部分が生じると、当該クエンチ部分に抵抗性ジュール発熱が集中し、ＳＭＥＳコイル２が焼損することがある。
【００２３】
従って、ＳＭＥＳコイル２の性能評価試験装置は、ＳＭＥＳコイル２のクエンチ事故発生時にＳＭＥＳコイル２の焼損を回避する機能（ＳＭＥＳコイル保護機能）を有することが望ましい。そこで、ＳＭＥＳコイル２の性能評価試験装置では、ＳＭＥＳコイル２の焼損を回避するため、試験回路内に保護抵抗を入れ、クエンチ部分の消費エネルギー集中を軽減しエネルギーの分散化を図っている。
【００２４】
ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１では、接点Ａ−Ｂ間に直列接続された複数の試験電圧発生用ユニット７（試験電圧発生用ユニット７ａ〜７ｎ）の抵抗６（抵抗６ａ〜６ｎ）を保護抵抗として活用する。より具体的には、試験電圧発生用ユニット７ａ〜７ｎの半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎを制御し、接点Ａ−Ｂ間に直列に接続された抵抗６ａ〜６ｎの抵抗値を適切な値に制御することで、ＳＭＥＳコイルクエンチ部分のエネルギー集中を軽減しＳＭＥＳコイル２の焼損を回避することができる。
【００２５】
次に、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１でＳＭＥＳコイル２の性能試験を実施する際の動作を説明する。
【００２６】
図２は、時間ｔに対するＳＭＥＳコイル２を流れる電流（コイル電流）ＩおよびＳＭＥＳコイル２の両端の電圧（コイル両端電圧）Ｖの関係を示した説明図である。
【００２７】
図２に示すように、まず、電源装置３によって、ＳＭＥＳコイル２を定格電流まで励磁する（期間ｔ１）。そして、ＳＭＥＳコイル２を定格電流まで励磁し終えると、続いて、半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎを全てＯＮ状態にした状態で電源装置３とＳＭＥＳコイル２とを電気的に切り離して永久電流モードを確立する（期間ｔ２）。
【００２８】
永久電流モードが確立した状況下において、半導体スイッチ素子５（例えば、第１の半導体スイッチ素子５ａ）をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えると、ＳＭＥＳコイル２の両端に、コイル電流Ｉ×第１の抵抗６ａの抵抗値Ｒaの電圧が発生する（期間ｔ３）。ＳＭＥＳコイル２のコイル電流Ｉは、時定数Ｌ／Ｒ（上記例では、Ｌ／Ｒa）で減少する。ここで、Ｌは、ＳＭＥＳコイル２のインダクタンスであり、Ｒは、抵抗６の抵抗値である。
【００２９】
第１の半導体スイッチ素子５ａをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えたのに続き、半導体スイッチ素子５ｂをＯＦＦ状態とし新たに抵抗６ｂを加えると、Ｉ×（Ｒa＋Ｒb）の電圧を発生させることができる（期間ｔ４）。期間ｔ４以降、同様の操作を繰り返すことにより、所定の電圧を得ることができる（期間ｔ５〜ｔ６）。
【００３０】
全ての半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎがＯＦＦとなった後、半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎを再度全てＯＮ状態に切り替えることによって永久電流モードにし（期間ｔ７）、開閉装置（直流遮断器または半導体スイッチ装置）４を閉じれば、電源装置３から再充電を実施することができる（期間ｔ８）。
【００３１】
従って、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１では、期間ｔ１〜ｔ８の全動作を繰り返し行うことができ、接点Ａ−Ｂ間に接続されるＳＭＥＳコイル２の性能評価試験を実施することができる。
【００３２】
以上、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１によれば、従来のように大型の試験装置が無くても、半導体スイッチ素子制御によって抵抗６ａ〜６ｎで構成される試験回路内の抵抗値を任意に変化させることができ、ＳＭＥＳコイル２の両端に試験に必要な電圧を得ることができる。
【００３３】
また、試験電圧発生用ユニット７の抵抗６が保護抵抗としての役割も果たすので、ＳＭＥＳコイル２の性能評価試験を行うための試験回路に保護抵抗を別途設けることなくＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１にＳＭＥＳコイル保護機能を持たせることができる。この結果、ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置１は、ＳＭＥＳコイル２の性能評価試験装置の構造単純化および小型化に寄与することができる。
【００３４】
尚、第１の抵抗６ａから第ｎの抵抗６ｎについて、各々の抵抗値が異なるように構成すれば、すなわち、Ｒa≠Ｒb≠…≠Ｒn-1≠Ｒn≠０となるように構成すれば、半導体スイッチ素子５ａ〜５ｎをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えて電圧を発生させる際に、任意の電圧をＳＭＥＳコイル２の両端に得ることができる。
【００３５】
また、第１の抵抗６ａから第ｎの抵抗６ｎ（いずれも抵抗値Ｒとする）について、２０（＝１）、２１（＝２）、…、２ｎ−２、２ｎ−１と重み付けを行い、各抵抗６ａ〜６ｎと並列接続されている半導体スイッチ５ａ〜５ｎを制御することで、試験回路内の抵抗値をＲの１倍から（２ｎ−１）倍までの任意の抵抗値に変化させることができる。
【００３６】
例えばｎ＝４の場合、すなわち、第１の抵抗６ａから第４の抵抗６ｄ（いずれも抵抗値Ｒとする）が接続されている場合、２０、２１、２２、２３と重み付けを行い、半導体スイッチ素子制御を実施すれば、試験回路内の抵抗値としてＲから１５Ｒまでの任意の抵抗値を選択することができる。
【００３７】
このように、２０、２１、…、２ｎ−２、２ｎ−１と重み付けを実施すれば、デジタル設定を容易に行うことができる。コンピュータ等のソフト制御によって、色々なパターン（代表的パターンとして、二乗、ＥＸＰ、一定等）の任意可変電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るＳＭＥＳ用コイルの性能評価試験装置の一実施例を表す回路構成図。
【図２】時間ｔに対するＳＭＥＳコイルのコイル電流Ｉおよびコイル両端電圧Ｖの関係を示した説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１  ＳＭＥＳ用コイル性能評価試験装置
２  ＳＭＥＳコイル
３  電源装置
４  開閉装置
５  半導体スイッチ素子
６  抵抗
７  試験電圧発生用ユニット
【図１】
2007208078.tif 000003
【図２】
2007208078.tif 000004