Сверхпроводящий провод круглого сечения для переменных токов

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сверхпроводящим проводам круглого сечения для переменных токов, и может быть использовано в криогенной электротехнике. Технический результат от использования изобретения состоит в снижении потерь в проводе и увеличении его токонесущей способности. Сущность изобретения состоит в следующем. Сверхпроводящий провод содержит матрицу из стабилизирующего материала и сверхпроводящие токонесущие элементы, размещенные согласно изобретению в матрице по всему сечению провода, а расстояние между продольными осями соседних токонесущих элементов равно b. При этом , где D - диаметр провода, а d - диаметр токонесущих элементов. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции многожильных сверхпроводящих проводов круглого сечения для переменных токов промышленной частоты.

Известна конструкция сверхпроводящего одножильного круглого провода, где сверхпроводящая жила заключена в оболочку из стабилизирующего металла (меди, латуни и т. п. ), а сам провод изолирован снаружи изоляционным покрытием, например эмаль-лаком (Г.Г.Свалов, Д.И. Белый "Сверхпроводящие и криорезистивные обмоточные провода". Энергия, М. 1976, стр. 94, рис. 4-1а).

При транспортировании переменного тока в проводе такой конструкции, а именно в сверхпроводнике и в окружающем его стабилизирующем металле, возникают переменные магнитные поля и вызванные ими потери, которые снижают токонесущую способность провода.

Указанные недостатки частично устранены в известной конструкции сверхпроводящего провода круглого сечения для переменного тока. В этой конструкции в качестве элементарных токонесущих элементов применены стабилизированные проволоки определенного диаметра, навитые спирально в один слой и неподвижно закрепленные на цилиндрической трубке из стабилизированного материала. Промежуточное пространство между токонесущими элементами заполнено матрицей из стабилизирующего материала. Снаружи провод снабжен изоляционной оболочкой (патент США N 4327244, H 01 B 12/00, 27.04.82).

Недостатком провода такой конструкции является низкая токонесущая способность из-за наличия в нем потерь главным образом гистерезисных - в сверхпроводнике и вихревых - в материале матрицы за счет замкнутых через матрицу контурных и вихревых токов, вызванных возникшими в этих материалах переменными полями транспортного тока.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. уменьшение потерь в проводе и увеличение его токонесущей способности при прохождении через него переменных токов промышленной частоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в сверхпроводящем проводе круглого сечения для переменных токов, содержащем матрицу из стабилизирующего материала, сверхпроводящие токонесущие элементы, расположенные в матрице, и наружную изоляционную оболочку, сверхпроводящие токонесущие элементы расположены по всему сечению провода с расстоянием между продольными осями соседних токонесущих элементов, равным , где D - диаметр провода, а d - диаметр токонесущего элемента.

На чертеже схематически изображен предложенный сверхпроводящий провод в поперечном сечении.

Сверхпроводящий провод содержит сверхпроводящие токонесущие элементы 1 круглого сечения, матрицу из стабилизирующего материала (металла) 2 и наружную изоляционную оболочку 3. Токонесущие элементы 1 установлены в матрице по всему сечению провода. Причем расстояние между продольными осями соседних токонесущих элементов равно , где D - диаметр провода, d - диаметр токонесущего элемента.

Такое расположение токонесущих элементов сводит к минимуму поле во внутренней и внешней плоскостях сверхпроводящего провода и позволяет существенно снизить потери в сверхпроводнике и стабилизирующем материале, увеличить токонесущую способность провода вследствие равенства индукции каждого сверхпроводящего элемента (B_э) и провода (B_пр). Количество токонесущих элементов по длине диаметра сечения провода равно , где D - диаметр провода; b - расстояние между продольными осями соседних токонесущих элементов.

Общее количество токонесущих элементов в проводе равно .

Ток в сверхпроводящем проводе определяется из соотношения I_пр = i_эN, где i_э - ток в токонесущем элементе.

.

Индукция сверхпроводящего токонесущего элемента равна
,
а индукция провода
,
где μ - магнитная проницаемость.

Приравнивая индукции B_э и B_пр и выражая I_пр через i_э, получаем
.

Т.е. при равенстве индукций токонесущего элемента и провода получим расстояние между продольными осями соседних токонесущих элементов, при котором сверхпроводник находится в тех же магнитных условиях, что и при одном сверхпроводящем элементе. При этом токонесущая способность провода максимальна, а потери минимальны.

Предложенная конструкция сверхпроводящего провода предназначена для использования в электромагнитных системах, работающих в криогенных условиях (электрические машины, генераторы, двигатели, трансформаторы, реакторы и т. д. ), обеспечивая уменьшение потерь в проводе и увеличение его токонесущей способности, что позволяет снизить расходы дорогостоящего сверхпроводящего материала.

Формула изобретения

Сверхпроводящий провод для переменных токов, содержащий матрицу из стабилизирующего материала, сверхпроводящие токонесущие элементы, расположенные в матрице, и наружную изоляционную оболочку, отличающийся тем, что сверхпроводящие токонесущие элементы расположены по всему сечению провода, расстояние между продольными осями соседних токонесущих элементов равно b, при этом

где D - диаметр провода;
d - диаметр токонесущих элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1