Сверхпроводящая магнитная система

 

Использование: в электрофизических установках. Сущность изобретения: в сверхпроводящую магнитную систему содержащую многослойную сверхпроводящую обмотку и датчик состояния, выполненный в виде последовательно соединенных сверхпроводящих стержней, расположенных между слоями обмотки вдоль магнитного поля, находящихся с ней в тепловом контакте и подключенных через переключатель к источнику питания: от каждого сверхпроводящего стержня два потенциальных вывода подсоединены к исполнительному органу, введены усилитель, пороговое устройство, коммутирующий аппарат, импульсный источник питания, дополнительная обмотка, магнитно связанная с основной обмоткой, причем выводы последовательно соединенных стержней присоединены к входу усилителя, выход усилителя через пороговое устройство присоединен к коммутирующему аппарату, дополнительная обмотка, через коммутирующий аппарат присоединена к импульсному источнику питания. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике. Преимущественной областью использования является техника сверхпроводящих магнитных систем в электрофизических установках.

Известны сверхпроводящие магнитные системы, используемые при испытаниях в магнитном поле сверхпроводящих обмоточных проводов в термоядерных реакторах, в индуктивных накопителях энергии, в линейных токоограничивающих устройствах, в электрических машинах и др. [1, 2].

Известна сверхпроводящая магнитная система для накопления энергии [3], содержащая внешнюю и внутреннюю сверхпроводящие обмотки. Предложенное расположение обмоток и вспомогательные приспособления позволяют уменьшить нестабильность работы сверхпроводящей магнитной системы. Уменьшается влияние магнитного поля, создаваемого током, протекающим в одном и том же направлении по проводникам внешней и внутренней обмоток.

Сверхпроводящая магнитная система не отличается высокой надежностью, что связано с отсутствием защитных цепей, предотвращающих появление аварийных режимов.

Из известных сверхпроводящих магнитных систем наиболее близкой по технической сущности является сверхпроводящая магнитная система [4], содержащая последовательно соединенные сверхпроводящие стержни в изоляции, размещенные между соседними слоями витков сверхпроводящей обмотки, один вывод последовательной цепи (стержней) подключен к источнику питания через регулировочное сопротивление и переключатель, другой вывод подсоединен непосредственно к источнику питания, два потенциальных вывода от каждого сверхпроводящего стержня подключены к исполнительному органу. В случае появления и распространения нормальной фазы в сверхпроводящей обмотке магнитной системы в местах перехода происходит увеличение температуры T_н и ее распространение с определенной скоростью. Сверхпроводящие стержни, плотно прилегающие к виткам обмотки, переходят в нормальное состояние. Падение напряжения на входе исполнительного органа зависит в основном от значений сопротивлений на каждом отдельно взятом стержне, перешедшем в нормальную фазу, и от скорости ее распространения. С помощью исполнительного органа можно регистрировать появление нормальной фазы в каждом отдельном стержне, находящемся под тепловым воздействием соответствующего участка магнитной системы.

Недостатком магнитной системы является малая надежность, что объясняется локальными образованиями тепла в витках обмотки, перешедших в нормальное состояние. Это приводит к выделению всей накопленной энергии в системе на участках обмотки с нормальной проводимостью и возникновению аварийных режимов (короткое замыкание витков, обрыв в витках обмотки и др.).

Целью изобретения является повышение надежности функционирования сверхпроводящей магнитной системы.

Это достигается тем, что в сверхпроводящую магнитную систему, содержащую обмотку и датчик состояния, выполненный в виде последовательно соединенных сверхпроводящих стержней, расположенных между слоями обмотки вдоль магнитного поля, находящихся с ней в тепловом контакте и подключенных через переключатель к источнику питания, причем от каждого сверхпроводящего стержня два потенциальных вывода подсоединены к исполнительному органу, введены усилитель, пороговое устройство, коммутирующий аппарат, импульсный источник питания, дополнительная обмотка, магнитно связанная с основной обмоткой, причем выводы последовательно соединенных стержней присоединены к входу усилителя, выход усилителя через пороговое устройство присоединен к коммутирующему аппарату, дополнительная обмотка, через коммутирующий аппарат присоединена к импульсному источнику питания.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая сверхпроводящая магнитная система соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками предложенной сверхпроводящей магнитной системы, и признать это решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена функциональная схема магнитной системы.

Сверхпроводящая магнитная система содержит сверхпроводящие стержни 1 в изоляции, расположенные между витками 3 сверхпроводящей обмотки магнита; источник питания 4, присоединенный через переключатель 6 и резистор 5 к выводам последовательно соединенных стержней m, n, исполнительный орган 7, присоединенный к потенциальным выводам сверхпроводящих стержней 1, усилитель 8, вход которого присоединен к выводам последовательно соединенных стержней - выход усилителя 8 присоединен через пороговое устройство 9 к коммутирующему аппарату 10. Источник питания 11 присоединен через коммутирующий аппарат к дополнительной обмотке 12, магнитно связанной с основной обмоткой сверхпроводящей магнитной системы.

В рабочем режиме магнита по его виткам 3 протекает рабочий ток I_р. Включением переключателя 6 через резистор 5 от источника питания 4 подается измерительный ток I в последовательно соединенные стержни 2. В случае появления и распространения нормальной фазы на отдельных витках 3 сверхпроводящей обмотки магнита происходит нагрев последовательно соединенных сверхпроводящих стержней 1 в изоляции, расположенных между витками 3. В результате теплового воздействия витков 3 стержни 1 также переходят в нормальное состояние. Через потенциальные выводы разности потенциалов, возникшие в стержнях, поступают в исполнительный орган 7. В результате в исполнительном органе 7 осуществляется регистрация нормальной фазы в каждом отдельном стержне 1. Одновременно разность потенциалов на выводах последовательно соединенных стержней m, n поступает на вход усилителя 8. Напряжение с выхода усилителя 8 через пороговое устройство 9 поступает на коммутирующий аппарат 10. Впоследствии коммутирующий аппарат 10 своими контактами замыкает цепь последовательно соединенных дополнительной обмотки 12 и импульсного источника питания 11.

Резкое изменение тока в дополнительной обмотке 12 создает переменное (импульсное) магнитное поле, которое в силовой цепи магнита индуцирует ЭДС и дополнительный ток I_д. В силовой цепи магнита протекает суммарный ток I_д, значение которого выше критического I_с сверхпроводника магнита. Такое резкое увеличение тока в магните позволяет расширить процесс распространения нормальной фазы в сверхпроводящих витках 3 и увеличить участки с нормальной проводимостью. Процесс распространения нормальной фазы принимает непрерывный характер, что исключает возможность локального выделения энергии на отдельных участках обмотки с нормальной проводимостью и как следствие - возникновения аварийных режимов. Это позволяет увеличить надежность работы сверхпроводящей магнитной системы. Кроме того, предложенное техническое решение может обеспечить преднамеренный переход сверхпроводящей обмотки магнита в нормальное состояние посредством включения коммутирующего аппарата 10 и разрядоимпульсного источника питания 11 на дополнительную обмотку 12. Необходимость такого режима работы возникает, например, в преобразователях тока, для вывода энергии на внешнюю нагрузку в накопителях энергии и др.

Предложенная сверхпроводящая магнитная система обеспечивает необходимые условия устранения аварийных режимов. При этом увеличивается надежность защиты за счет повышения коэффициента полезного действия защитного вывода энергии из сверхпроводящего магнита.

Формула изобретения

СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА, содержащая многослойную сверхпроводящую обмотку и датчик состояния, выполненный в виде последовательно соединенных сверхпроводящих стержней, расположенных между слоями обмотки вдоль магнитного поля, находящихся с ней в тепловом контакте и подключенных через переключатель к источнику питания, причем от каждого сверхпроводящего стержня два потенциальных вывода соединены с регистратором нормальной фазы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе сверхпроводящей магнитной системы, в нее дополнительно введены усилитель, пороговое устройство, коммутатор, импульсный источник питания, дополнительная обмотка, магнитно связанная с основной обмоткой, причем выводы последовательно соединенных стержней соединены с входами усилителя, выход усилителя через пороговое устройство соединен с коммутатором, соединенным через дополнительную обмотку с импульсным источником питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1