Способ и система запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока

Изобретение относится, в основном, к транспортной электроэнергетической технике и предназначено для запитки сверхпроводящих магнитов (СМ) в режим замороженного потока в основном для создания магнитного подвеса и совместно с электромагнитами путевого полотна движущих и стабилизирующих сил высокоскоростного транспорта, а также для запитки СМ геомагнитных моментных двигателей для ориентации и стабилизации космических аппаратов и электрофизической аппаратуры. Технический результат или цель изобретения - уменьшение массы, стоимости и мощности электропитания системы запитки СМ в режим замороженного потока, а также обмоток управления сверхпроводящими ключами-перемычками (СКП). Система запитки СМ содержит: запитываемый током СМ с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в криостат; СКП с бифилярными основной обмоткой из ВТСП и обмоткой теплового управления СКП, которые помещены в криостат; криорефрижераторную установку (КУ); датчик-измеритель тока запитки СМ; собственно подсистему запитки СМ, включающую в себя инвертор регулируемой частоты (ИРЧ) с трансформаторным выходом, входы которого связаны с шинами источника питания, а три выхода образуют начало, конец и отвод от средней точки вторичной обмотки трансформатора, и однотактный двухфазный выпрямитель (ОДФВ) на двух диодных вентилях, аноды которых подключены к началу и концу вторичной обмотки трансформатора, их катоды - к одному из выводов обмотки СМ, другой вывод которой подключен к отводу от средней точки вторичной обмотки трансформатора, а оба вывода обмотки СМ связаны с выводами основной обмотки СКП ВТСП проводами, помещенными в теплоизолированные соединительные трубки с каналами для охлаждения проводов; подсистему питания обмотки теплового управления (ОТУ) СКП, выходы которой через управляемый запираемый ключ подключены к выводам ОТУ; пороговый датчик-измеритель тока в основной обмотке СКП и блок управления системой запитки. Способ запитки током каждого СМ заключается в том, что каждый СМ с СКП охлаждают КУ до устойчивого сверхпроводящего состояния, после чего запитывают обмотку ОТУ током и путем нагрева до температуры выше критической температуры ВТСП переводят основную обмотку СКП в резистивное состояние, затем включают ИРЧ на максимальные неизменные частоту и выходное напряжение трансформатора длительностью до момента начала запитки СМ неизменной номинальной мощностью и с этого момента уменьшают частоту, а значит, и выходное напряжение трансформатора по приведенным в описании и формуле изобретения аналитическим зависимостям от времени запитки, соответствующим режиму запитки СМ неизменной номинальной мощностью. При достижении током запитки СМ требуемого максимального значения 1 см обесточивают ОТУ СКП, включают КУ на форсированный режим работы и скачком уменьшают частоту и выходное напряжение трансформатора до их номинальной величины, которые и затем поддерживают неизменными в течение времени охлаждения основной обмотки СКП до температуры ниже критической температуры ВТСП. В момент перехода основной обмотки СКП снова в сверхпроводящее состояние ток ICM замыкается накоротко через СКП, ИРЧ выключают и переводят КУ в номинальный режим работы. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

 

Изобретение относится в основном к транспортной электроэнергетической технике и предназначено для запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока для создания магнитного подвеса и совместно с электромагнитами путевого полотна движущих и стабилизирующих сил высокоскоростного транспорта, а также для запитки сверхпроводящих магнитов геомагнитных моментных двигателей для ориентации и стабилизации космических аппаратов и запитки сверхпроводящих магнитов электрофизической аппаратуры путем запитки сверхпроводящих магнитов со сверхпроводящими ключами-перемычками с тепловым управлением в основном в режиме неизменной зарядной (запиточной) номинальной мощности способом изменения частоты, а значит, и выходного напряжения трансформатора инвертора по указанным в описании заявки и формуле изобретения зависимостям от времени запитки tЗ (см. фиг.1 и 2).

Известны способ и система запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока с помощью топологических генераторов с движущимся магнитным полем [1, а], лучшими из которых являются Лейденские генераторы [1, б]. Способ заключается в перемещении зоны движущегося магнитного поля с магнитной индукцией выше критической (BC) для сверхпроводника и связанной с ней резистивной (несверхпроводящей) зоной в сверхпроводящей(их) пластине(ах) остальная часть которой(ых) в сверхпроводящем состоянии. Реализующие этот способ Лейденские генераторы (см. фиг.3) включают в себя: запитываемый сверхпроводящий магнит 1 и собственно Лейденский генератор 2, помещенные в криостат 1.1; криорефрижераторную установку 3 и источник электроэнергии 6. Собственно Лейденский генератор 2 содержит: U-образный электромагнит 2.1 с полюсами S и N и обмоткой возбуждения 2.2 (из 750 витков) из ниобиевого сверхпроводящего провода, вставленный в этот электромагнит 2.1 прямоугольный вращающийся якорь (сердечник) 2.3, выполненный из магнитной стали (сечением 6×18 мм); в зазоре между сердечником и электромагнитом (менее 0,5 мм на сторону) размещена ниобиевая сверхпроводящая фольга 2.4 и 2.4' (толщиной 20-300 мк), свернутая как показано на фиг.3; сердечник 2.3 механически связан с выходной осью электропривода 2.5, входные клеммы которого подключены к выходным шинам источника электроэнергии 6, причем выводы обмотки сверхпроводящего магнита 1 приварены к фольге 2.4 и 2.4' точечной сваркой, а выводы обмотки возбуждения 2.2 электромагнита 2.1 связаны с выходными шинами источника электроэнергии 6 через токоограничивающее устройство 4 [1, б].

Достоинство такого способа и системы в сравнительно высокой скорости запитки магнитного потока сверхпроводящего магнита 0,03 Вб в минуту для описанного выше Лейденского генератора №3, а для его усовершенствованной конструкции (Лейденский генератор №4) - 0,1 Вб в минуту.

Недостатки такого способа и реализующей его системы в том, что максимальная магнитная индукция в зазоре генератора, где размещена ниобиевая фольга, не может быть больше индукции насыщения сердечника 2.3 из магнитной стали (порядка 1,5 Тл), а ниобиевый провод электромагнита 2.2, ниобиевая фольга 2.4 и 2.4' генератора и ниобий-титановый провод сверхпроводящего магнита 1 охлаждаются потоком жидкого гелия при температуре 4,2 К, создаваемой криорефрижераторной установкой. Это делает невозможным применение таких топологических генераторов для запитки сверхпроводящих магнитов с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников и такой же фольгой топологического генератора, критическая магнитная индукция которых не может быть меньше 10÷12 Тл и которые охлаждаются, создаваемой криорефрижераторной установкой, потоком холодного азота до температуры 75÷80 К.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ и система запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока с использованием сверхпроводящих ключей-перемычек с магнитным управлением, сверхпроводящая обмотка которых выполнена из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) [2, 3]. Способ запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока заключается (см. фиг.4) в том, что каждый сверхпроводящий магнит 1 со сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 с обмоткой 2.1 магнитного управления охлаждаются криорефрижераторной установкой 3 до устойчивого сверхпроводящего состояния (температуры 75÷80 К), после чего, запитывая обмотку 2.1 магнитного управления током, переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2 в резистивное состояние и запитывают сверхпроводящий магнит 1 от собственно подсистемы запитки 5 до требуемого максимального тока IСМ, затем отключают ток в обмотке магнитного управления и переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2.1 снова в сверхпроводящее состояние, чем замыкают через него ток IСМ сверхпроводящего магнита [2].

Система для реализации такого способа содержит (см. фиг.4): запитываемый сверхпроводящий магнит 1, помещенный в криостат 1.1, сверхпроводящий ключ-перемычку 2 с обмоткой его магнитного управления 2.1, помещенную в криостат 2.2, криорефрижераторную установку 3, связанную со сверхпроводящим магнитом 1 и ключом-перемычкой 2 теплоизолированными трубопроводами, датчик-измеритель тока 4 сверхпроводящего магнита 1, преимущественно холловского типа, собственно, подсистему 5 запитки сверхпроводящего магнита 1 (включающую в себя емкостный накопитель ССМ, выводы которого через запираемый ключ Т1 тиристорного или транзисторного типа подключены к выводам обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1 и через зарядное устройство ЗУ связаны с выходными шинами источника электроэнергии 6, а выводы обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1 которого через сверхпроводящие провода в криостатных соединительных трубках связаны с выводами сверхпроводящей обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2), подсистему 7 питания обмотки 2.1 магнитного управления (включающую в себя емкостной накопитель СМУ магнитного управления, выводы которого через управляемый ключ Т2 тиристорного типа подключены к выводам обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 и через зарядное устройство ЗУСМУ емкостного накопителя СМУ связаны с выходными шинами источника электроэнергии 6), блок управления системой запитки, связанный с выходными шинами источника электроэнергии 6, управляющие входы и выходы, которого также, связаны с подсистемами собственно запитки 5 сверхпроводящего магнита 1 и питания 7 обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, датчиком температуры и электрических параметров системы запитки и с криорефрижераторной установкой 3 [2].

Основные недостатки таких базового способа и системы запитки-прототипа [2] связаны с весьма большими массой, стоимостью и мощностью системы и обмотки управления 2.1 сверхпроводящего ключа-перемычки, которые во много (в десятки и сотни раз) больше соответствующих показателей рассматриваемых ниже предложенных способа и системы, в основном из-за весьма большой критической магнитной индукции BC≥10÷12 Тл высокотемпературных сверхпроводников сверхпроводящей обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2.

Технический результат или цель изобретения - уменьшение массы, стоимости и мощности системы запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока, а также обмоток управления 2.1 сверхпроводящими ключами-перемычками 2.

1. Поставленный технический результат или цель изобретения достигаются тем, что в способе запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока, заключающемся в том, что каждый сверхпроводящий магнит 1 (см. фиг.1) со сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 охлаждают до устойчивого сверхпроводящего состояния, после чего запитывают обмотку управления 2.1 ключа-перемычки 2 током и переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2 в резистивное состояние, после этого запитывают сверхпроводящий магнит 1 до требуемого мгновенного тока IСМ, после чего обесточивают обмотку управления 2.1 ключа-перемычки 2, переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2 снова в сверхпроводящее состояние и тем самым замыкают через него накоротко ток сверхпроводящего магнита IСМ, перевод сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в резистивное состояние осуществляют путем нагрева его обмотки управления 2.1 до температуры выше критической температуры сверхпроводника, затем включают инвертор 5.1 регулируемой частоты с трансформаторным выходом на максимальные неизменные частоту fm и выходное напряжение UТр.Н (см. фиг.2) длительностью до момента времени tЗ=t0H запитки сверхпроводящего магнита 1 неизменной номинальной мощностью PТр.Н=UТр.НIСМ и с этого момента уменьшают частоту f, а значит, и выходное напряжение uТр. инвертора по следующим зависимостям от времени tЗ запитки сверхпроводящего магнита 1

и

соответствующим режиму запитки сверхпроводящего магнита 1 неизменной зарядной мощностью РЗСМТр.Н, где LСМ - индуктивность сверхпроводящего магнита 1, rДСр. - среднее за время запитки в этом режиме активное сопротивление одного диодного вентиля 5.2.1 или 5.2.2 однотактного двухфазного мостового выпрямителя 5.2, a UF - его пороговое напряжение, в момент времени tЗm достижения требуемого максимального тока IСМ запитки, при котором обесточивают обмотку управления 2.1 сверхпроводящим ключом-перемычкой 2, включают криорефрижераторную установку 3 на форсированный режим работы и скачком уменьшают частоту и выходное напряжение трансформатора инвертора 5.1 до их номинальных величин fH и UTp.H=UF+rДСр.IСМ, которые затем поддерживают неизменными в течение времени охлаждения tОхл. основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 до температуры ниже критической температуры ее сверхпроводника, в момент времени tЗmП перехода основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 снова в сверхпроводящее состояние, ток IСМ сверхпроводящего магнита замыкается накоротко через основную обмотку ключа-перемычки 2, а инвертор регулируемой частоты 5.1 выключают и переводят криорефрижераторную установку 3 на номинальный режим работы.

2. Поставленный технический результат или цель изобретения достигается тем, что в системе запитки сверхпроводящего магнита в режим замороженного потока по п.1, содержащей запитываемый сверхпроводящий магнит 1 (см. фиг.1) с обмоткой 1.1 из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в криостат 1.2, сверхпроводящий ключ-перемычку 2 с основной обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в свой криостат и с обмоткой управления 2.1, криорефрижераторную установку 3, связанную со сверхпроводящим магнитом 1 и сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 теплоизолированными трубопроводами, датчик-измеритель 4 тока сверхпроводящего магнита, преимущественно холловского типа, собственно подсистему запитки 5 сверхпроводящего магнита 1, выходы которой связаны с выводами обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1, подключенными к выводам основной обмотки ключа-перемычки 2 сверхпроводящими проводами в теплоизолированных трубках с каналами охлаждения проводов, а входы которой - с выходными шинами источника электроэнергии 6, подсистему 7 питания обмотки управления 2.1 ключа-перемычки 2, выходы которой через управляемый ключ 7.1 тиристорного или транзисторного типа подключены к выводам обмотки управления 2.1 ключа-перемычки 2, а входы - к выходным шинам источника электроэнергии 6, и блок управления системой запитки, управляющие входы и выходы которого связаны: с подсистемами 5 и 7 собственно запитки сверхпроводящих магнитов 1 и питания обмотки управления 2.1 ключа-перемычки 2, датчиками температуры и электрических параметров системы запитки и с криорефрижераторной установкой 3, обмотка управления 2.1 выполнена проводами с высоким удельным электрическим сопротивлением типа константала или изобелина и намотана преимущественно бифилярно вместе с основной обмоткой ключа-перемычки 2, собственно подсистема 5 запитки сверхпроводящего магнита 1 состоит из инвертора 5.1 регулируемой частоты с трансформаторным выходом, вторичная обмотка трансформатора которого снабжена тремя выходами от ее концов и средней точки, и из однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 на двух диодных вентилях 5.2.1 и 5.2.2, аноды которых подключены к концам вторичной обмотки трансформатора, а их катоды - к одному из выводов обмотки сверхпроводящего магнита 1, другой вывод которой подключен к отводу от средней точки вторичной обмотки трансформатора инвертора 5.1, и порогового датчика 5.3 изменения тока в основной обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2, при этом входы инвертора 5.1 подключены к выходным шинам источника электроэнергии 6, а криорефрижераторная установка 3 рассчитана на сравнительно кратковременный (от нескольких десятков секунд до нескольких часов) форсированный и длительный (от нескольких месяцев до года) номинальный режимы работы за один цикл запитки сверхпроводящих магнитов и при необходимости может быть подключена к равному числу nСМ=nСКП>1 сверхпроводящих магнитов и сверхпроводящих ключей-перемычек для их охлаждения.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы запитки сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока согласно изобретению.

На фиг.2 представлены примерные графические зависимости частоты f, выходного напряжения uТр. трансформатора инвертора 5.1 и тока запитки сверхпроводящего магнита iСМ 1 от времени tЗ его запитки, поясняющие предлагаемый способ запитки сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока.

Система запитки сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока по фиг.1 содержит:

запитываемый сверхпроводящий магнит 1 с обмоткой 1.1 из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), помещенный в криостат 1.2;

сверхпроводящий ключ-перемычку 2 с основной обмоткой из ВТСП и с обмоткой 2.1 его теплового управления из провода с высоким удельным электрическим сопротивлением типа константала или изобелина, намотанной бифилярно вместе с основной обмоткой, которая помещена в криостат 2.2;

криорефрижераторную установку 3, связанную со сверхпроводящим магнитом 1 и сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 теплоизолированными трубопроводами;

датчик-измеритель тока 4 запитки сверхпроводящего магнита 1 преимущественно холловского типа;

собственно подсистему 5 запитки сверхпроводящего магнита 1 током, включающую в себя инвертор 5.1 регулируемой частоты с трансформаторным выходом, входы которого связаны с выходными шинами источника электроэнергии, а три выхода образуют начало, конец и отвод от средней точки вторичной обмотки трансформатора инвертора 5.1, однотактный двухфазный выпрямитель на двух диодных вентилях 5.1.1 и 5.1.2, аноды которых подключены к началу и концу соответственно вторичной обмотки трансформатора инвертора регулируемой частоты 5.1, а их катоды к одному из выводов обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1, другой вывод которой подключен к отводу от средней точки вторичной обмотки трансформатора, а оба вывода обмотки сверхпроводящего магнита 1 связаны с выводами основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 проводами из ВТСП, помещенными в теплоизолированные соединительные трубки с каналами их охлаждения;

подсистему 7 питания обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, входы которой подключены к выходным шинам источника 6 электроэнергии, а выходы через управляемый запираемый ключ 7.1 тиристорного или транзисторного типа - к выводам обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2;

пороговый датчик 5.3 изменения тока в основной обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки преимущественно индукционного типа;

блок управления системой запитки, подключенной к выходным шинам источника 6 электроэнергии, управляющие входы и выходы которого связаны с инвертором регулируемой частоты 5.1, подсистемой 7 питания обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, датчиками температуры и электрических параметров системы запитки и с криорефрижераторной установкой 3, при этом криорефрижераторная установка в одном цикле ее работы рассчитана на сравнительно кратковременный (от нескольких десятков секунд до нескольких часов) форсированный и длительный (от нескольких месяцев до года) номинальный режим ее работы и при необходимости подключена к равному числу nСМ=nСКП>1 сверхпроводящих магнитов и сверхпроводящих ключей-перемычек для их охлаждения.

Работа предлагаемой системы запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока по п.1 описания и формулы изобретения заключается в следующем. Приблизительно на 1-3 суток до использования сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока криорефрижераторную установку 3 подключают к источнику 6 электроэнергии, и обмотка 1.1 сверхпроводящего магнита 1 и основная сверхпроводящая обмотка 2.1 сверхпроводящего ключа-перемычки 2 охлаждаются потоком холодного азота до приемлемой температуры их устойчивого сверхпроводящего состояния ТСМ≈75÷80 К и ТСКПС-ΔТС-2 К=92 К соответственно, где ТС=95 К и ΔТС=1 K - критическая температура и ширина сверхпроводящего перехода высокотемпературного сверхпроводника [4]. За несколько часов до использования сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока включают инвертор 5.1 регулируемой частоты с прямоугольной формой выходного напряжения и блоком управления системой запитки устанавливают (см. фиг.2) полочку неизменных частоты f=fm=const и выходного напряжения uТр.=uТр.m=const длительностью времени tЗ запитки сверхпроводящего магнита от tЗ=0 до времени tЗ=t0H начала запитки (заряда) сверхпроводящего магнита 1 неизменной зарядной мощностью PЗСМ=PТр.Н=UТр.HIСМ=const, где РТр.Н - номинальная зарядная мощность при требуемом максимальном токе IСМ запитки сверхпроводящего магнита и номинальном выходном напряжении UТр.H трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты. Время t начала запитки сверхпроводящего магнита неизменной мощностью определяется выражением:

где rД0Н - среднее активное сопротивление диода 5.2.1 или 5.2.2 однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 за время t, которое с достаточной для инженерных расчетов точностью равно ; LСМ - индуктивность сверхпроводящего магнита 1; - постоянная времени запиточной (зарядной) цепи при ее среднем за время t активном сопротивлении, приведенном к вторичной обмотке трансформатора инвертора регулируемой частоты 5.1 rЗУ=r'ИРЧ+rД0Н при приведенном к этой обмотке активном сопротивлении r'ИРЧ инвертора регулируемой частоты. За время tЗ=t0H ток запитки сверхпроводящего магнита 1 достигает величины

которая минимум в 7 раз меньше тока IСМ. После этого уменьшают выходное напряжение трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты и его частоту по следующим зависимостям от времени tЗ запитки от t0H до tЗm

и

соответствующим режиму запитки (заряда) сверхпроводящего магнита 1 неизменной зарядной мощностью PЗСМ=PТр.Н=const, где rДСр. - среднее активное сопротивление диода 5.2.1 или 5.2.2 однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 в указанном выше диапазоне времени (от t0H до tЗm), а UF - их пороговое напряжение. В момент времени tЗ=tЗ конца запитки сверхпроводящего магнита 1 его ток достигает требуемого максимального значения iСМ=IСМ, а частота и выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты - своего конечного значения f=fK и uТр.=UТр.К, которые рассчитываются по выражениям (3) и (4) при подстановке в них tЗ=tЗm. Затем скачком уменьшают выходное напряжение трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты и его частоту до номинальной величины UТр.Н≈UF+rДСр.IСМ и поддерживают их, и ток IСМ неизменными за все время tОхл. охлаждения сверхпроводящего ключа-перемычки 2, а обмотку 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 - обесточивают. В момент времени tЗ=tЗm включают криорефрижераторную установку 3 на форсированный режим работы и охлаждают основную сверхпроводящую обмотку сверхпроводящего ключа-перемычки 2 до сверхпроводящего состояния, которое наступает в момент времени tЗmП=tЗm+tОхл. и контролируется пороговым датчиком 5.3 изменения в ней тока. В этот момент ток IСМ запитки сверхпроводящего магнита 1 замыкается через основную сверхпроводящую обмотку сверхпроводящего ключа-перемычки 2, пороговый датчик изменения тока 5.3, преимущественно индукционного типа, генерирует управляющий импульс напряжения и тока, который через блок управления системой запитки скачком уменьшает частоту и выходное напряжение трансформатора до нуля и переводит криорефрижераторную установку 3 в номинальный режим ее работы, а сверхпроводящий магнит 1 переходит из режима его запитки в режим замороженного потока (неизменного тока IСМ=const), который может длиться без заметного уменьшения тока IСМ от нескольких месяцев до года.

Для доказательства преимуществ предлагаемых способа и системы над базовым способом и системой-прототипом [2] по разработанной нами методике был произведен расчет предлагаемой и базовой систем запитки nСМ=12-и сверхпроводящих магнитов 1 с nСКП=nCM=12-ю сверхпроводящими ключами-перемычками 2 с тепловым управлением предлагаемой и с магнитным управлением для базовой системы-прототипа. Все 12-сверхпроводящих магнитов 1 и 12-сверхпроводящих ключей-перемычек 2 расположены на салазках, запитываются в режим замороженного потока и охлаждаются одной общей крио-рефрижераторной установкой 3, являются «ротором» линейного вентильно-индукторного двигателя высокоскоростного транспорта и одновременно совместно с термоинерционными электромагнитами путевого полотна с алюминиевыми проводами создают не только движущую силу салазок, но и их магнитный подвес над путевым полотном и боковые стабилизирующие силы [5]. Кроме того, на салазках размещены: криорефрижераторная установка 3, аккумуляторная батарея для питания криорефрижераторной установки и зарядно-разрядное устройство аккумуляторной батареи. Собственно подсистема 5 запитки всех nСМ=12-и сверхпроводящих магнитов 1 и подсистема питания обмоток управления всех nСКП=nСМ=12-и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 размещены вне салазок на станции отправления высокоскоростного транспорта, их источником 6 является трансформаторная подстанция с линейным выходным напряжение UЛ=380 В и трехфазный мостовой выпрямитель этого напряжения, а указанные выше подсистемы для каждого сверхпроводящего магнита 1 и сверхпроводящего ключа-перемычки 2 выполнены по фиг.1 для предлагаемой и по фиг.4 для базовой системы.

Расчет предлагаемой системы и базовой системы-прототипа проведен для следующих исходных характеристик.

а. Общие для предлагаемой системы и базовой системы-прототипа, принятые и рассчитанные характеристики каждого сверхпроводящего магнита 1:

средний диаметр сверхпроводящего магнита dСМ=0,6 м [5];

максимальный ток запитки сверхпроводящего магнита IСМ=1000 А;

число витков в обмотке сверхпроводящего магнита wСМ=1350;

эквивалентный радиус квадратного сечения обмотки сверхпроводящего магнита rSCM=0,0535 м и размер его одной стороны bSCM=0,0949 м, а рабочая плотность тока в ВТСП-пленке обмотки сверхпроводящего магнита, выполненной из провода с полиэтиленовой изоляцией при максимальной рабочей магнитной индукции < 10 Тл, принята равной 3·108 A/м2;

индуктивность сверхпроводящего магнита LСМ=1,411 Гн;

масса собственно обмотки сверхпроводящего магнита при массовой плотности ВТСП-пленки 6000 кг/м3 [5] и полиэтиленовой электроизоляции 940 кг/м3 mОСМ=55,7 кг;

толщина стенок криостатов сверхпроводящего магнита и сверхпроводящего ключа-перемычки из высокопрочного углепластика 0,01 м, а его средняя массовая плотность 1467 кг/м3;

тепловая слоисто-вакуумная зеркальная теплоизоляция криостатов сверхпроводящего магнита и сверхпроводящего ключа-перемычки характеризуются толщиной 0,01 м, массовой плотностью 120 кг/м3 и удельным теплопритоком в криостаты сверхпроводящего магнита и сверхпроводящего ключа-перемычки через поверхность тепловой слоисто-вакуумной зеркальной теплоизоляции с учетом краевых эффектов 0,085 Вт/м2 [6];

масса криостата сверхпроводящего магнита mКр.СМ=235 кг;

масса сверхпроводящего магнита в сборе с криостатом mCM,Кр.=793 кг;

максимальная магнитная индукция в обмотке сверхпроводящего магнита на ее внутреннем радиусе а1СМ=0,2465 м ВmCM=7 Тл, а магнитная индукция в ее центре В0СМ=283 Тл;

максимальная магнитная энергия, запасаемая в сверхпроводящем магните ECMm=7055 кДж.

б. Исходные и расчетные характеристики предлагаемой собственно подсистемы запитки одного сверхпроводящего магнита 1:

диодные вентили 5.2.1 и 5.2.2 однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 выполнены каждый из nД = 63-параллельно включенных диодов типа Д204-16, каждый из которых характеризуется следующими параметрами: рабочая частота без снижения режимов - 1300 Гц; повторяющееся обратное импульсное напряжение - 100 В; максимально допустимые средний и действующий прямой ток IДСр.=16 А и IД=251 А; пороговое напряжение UF≤0,88 В; осредненное дифференциальное сопротивление RДдСр.=0,968 мОм; масса диода mД=0,0113 кг [7], а использованная зависимость тока iД диода от прямого напряжения на диоде ΔuД=UF+RДдiД приведена на рис.8.3 в [7];

входное напряжение инвертора регулируемой частоты 5.1 равно постоянной составляющей напряжения на выходе трехфазного мостового выпрямителя UИВх.=U0=513 В;

в качестве тиристорных ключей инвертора регулируемой частоты 5 1 применены тиристоры КУ108Ж со следующими характеристиками каждого: постоянное напряжение в закрытом состоянии - 1000 В; постоянное обратное напряжение - 500 В; падение напряжения в открытом состоянии при токе IОткр.=5 A, ΔUТ=4 B; рабочая частота без снижения режимов при токе IОткр.=12А-2000 Гц; масса тиристора mT=0,045 кг; а в сборе с прижимным устройством и радиатором mT,P=0,22 кг [8];

номинальное, конечное и максимальное выходные напряжения трансформатора инвертора регулируемой частоты 5.1 и соответствующая им частота UТр.Н=0,954 В и fН=100 Гц; UТр.К=2,304 В и fK=241,6 Гц; UТр.m=12,4 В и fm=1300 Гц;

номинальная и максимальная полные мощности на выходе и входе инвертора регулируемой частоты 5.1 PТр.Н=UТр.НIСМ=954 ВТ, SТр.K=UТр.KIСМ=2304 ВА и PИВх.Н=1022 Вт, SИВх.m=2321 ВА;

среднее активное сопротивление диодного вентиля 5.2.1 или 5.2.2 и собственно подсистемы запитки (запиточной цепи) сверхпроводящего 1 за время t и tЗ≤tЗm, приведенное к выходной обмотке трансформатора инвертора регулируемой частоты rД0Н=0,346 мОм и rCЗ0Н=0,371 мОм, rДСр.=0,154 мОм и rCЗCp.=0,165 мОм;

время (см. фиг.2) начала и конца запитки сверхпроводящего магнита 1 неизменной мощностью PCЗm=PCЗН=const=954 Вт t0H≈15,2 с и t0Зm≈740 c и соответствующий ему ток запитки сверхпроводящего магнита i0H≈144 А и IСМ=1000 А;

масса собственно подсистемы запитки одного сверхпроводящего магнита 1 со сверхпроводящим ключем-перемычкой с тепловым управлением mПЗСМ1=6,49 кг при массе трансформатора инвертора регулируемой частоты mTр.=3,61 кг.

в. Исходные и расчетные характеристики одного сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с тепловым управлением:

принятая приемлемая максимальная мощность джоулевых потерь в основной сверхпроводящей обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 ΔРCKm=4,0 Вт при которой ее активное сопротивление в резистивном состоянии R0CK=38,44 Ом;

максимальная магнитная индукция в центральной области внутренней полости сверхпроводящего магнита 1, где расположена основная сверхпроводящая обмотка сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с каналами ее охлаждения, при суммарном действии обмоток сверхпроводящего магнита 1 и электромагнита путевого полотна BCKm=4,8 Тл, при которой критическая плотность тока составит jС=9·108 A/м2, а рабочая плотность тока в сверхпроводящем ключе-перемычке 2 в его сверхпроводящем состоянии - jP=7,2·108 А/м2. При этом максимальная магнитная индукция только от воздействия обмотки сверхпроводящего магнита 1 ВCKm=2,96 Тл, а активное сопротивление сверхпроводника в резистивном состоянии - 1·10-7 Ом·м [3];

длина ВТСП-провода бифилярной основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 lСПК=534 м, а ее масса с полиэтиленовой электроизоляцией - 4,88 кг;

при принятых длине изобелинового провода обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, равной длине ВТСП-провода его основной обмотки, и его площади поперечного сечения в 2 раза меньше площади сечения ВТСП-провода, масса провода обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с полиэтиленовой электроизоляцией толщиной 0,05 мм mОТУ=3,22 кг, а его активное сопротивление RОТУ=384,2 Ом;

геометрические размеры одновременно наматываемых бифилярных основной сверх-проводящей и теплового управления обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2 каналами охлаждения составляет длина обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2-0,2 м, а их внутренний и внешний радиусы 0,029 м и 0,071 м соответственно;

масса криостата сверхпроводящего ключа-перемычки 2 mКр.,К=4,67 кг, а полная масса сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в сборе с обмоткой 2.1 управления и его криостатом и намотанным каркасом mСКПп=13,74 кг;

требуемая энергия термоинерционного нагрева (от ТСКПm=93 К до TСКПm=TC+ΔTK+1К=97 К) и охлаждения (от TСКПm до ТСКП) обеих обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2 ΔЕОК=7,626 Дж;

время термоинерционного нагрева или охлаждения обеих обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки при указанных выше диапазонах температуры с учетом джоулевого тепловыделения в основной сверхпроводниковой обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 tНОб.К=tОхл.=2695 с = 0,749 час;

время нагрева обеих обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2 обмоткой 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 от ТСКП до ТСКПm при выделяемой в ней мощности РНО=100 Вт, tНО=72,3 с = 1,2 мин, после чего эта мощность уменьшается до величины теплопритока в криостате сверхпроводящего ключа-перемычки.

г. Исходные и расчетные характеристики одного сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с тепловым управлением для базовой системы-прототипа:

максимальный ток в бифилярной основной сверхпроводящей обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 IKM=IСМ=1000 А, а ее длина и средний диаметр 0,205 м и 0,2 м соответственно;

максимальная рабочая плотность тока в ВТСП основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 jP=73·108 A/м2 при максимальной магнитной индукции в зоне расположения этой обмотки - 4 Тл;

максимальное напряжение колебательного разряда емкостного накопителя ССМ на сверхпроводящий магнит 1 ЕEHm=220 В и его действующее значение ЕEH=155,6 В;

средняя максимальная допустимая мощность джоулевых потерь, выделяемая в основной ВТСП обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 во время колебательного разряда емкостного накопителя ССМ на сверхпроводящий магнит 1 за четверть его периода 40 Вт, ее активное сопротивление - 605,3 Ом;

время передачи энергии из емкостного накопителя ССМ в сверхпроводящий магнит 1 за четверть периода изменения тока iСМ от iСМ=0 до iСМ=IСМ=1000 А при максимальной запасаемой в сверхпроводящем магните 1 магнитной энергии 705,5 кДж и КПД такой цепи передачи энергии - 0,985, tπ/2=10,93 с, при котором энергия джоулевых потерь в цепи запитки этой обмотки составит - 437,1 Дж;

масса ВТСП в основной обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки равна 35,1 кг, а масса этой обмотки с полиэтиленовой электроизоляцией 38,3 кг;

внутренний и наружный радиусы обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки с каналами ее охлаждения составят 0,0586 м и 0,121 м, а ее полный объем - 0,01898 м;

масса криостата сверхпроводящего ключа-перемычки 2 равна 10,6 кг, а масса намоточного каркаса основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки - 1,83 кг;

масса основной сверхпроводящей обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в сборе с криостатом составит 50,7 кг;

требуемый средний диаметр обмотки у магнитного управления 2.1 сверхпроводящего ключа-перемычки 2 типа катушки Брукса при магнитной индукции в ее центре 6 Тл равен 0,88 м, а ее требуемые ампервитки (Iw)ОМУ=2,13·107 А (IОМУ=4000 А и wОМУ=5325, при коммутации тока запитки сверхпроводящего магнита от емкостного накопителя ССМ в сверхпроводящем магните 1 мощным тиристором с максимальным средним прямым током 4000 А и максимальным рабочим напряжением 6000 В [9]);

индуктивность обмотки магнитного управления составит 33,31 Гн, а максимальная запасаемая в ней магнитная энергия - 266,5 МДж;

требуемая толщина силовой обоймы обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 из высокопрочного углепластика равна - 0,01 м;

объем и масса обмотки магнитного управления с полиэтиленовой электроизоляцией составляет 0,926 м3 и 1900 кг при массе активного материала обмотки управления 2.1 - 1250 кг;

масса сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в сборе с криостатом и обмоткой управления равна - 1950 кг;

джоулевые потери энергии в обмотке магнитного управления 2.1 равны - 277,8 МДж;

максимальная энергия разряда емкостного накопителя СМУ на обмотку магнитного управления 2.1 и емкостного накопителя ССМ на сверхпроводящий магнит 1 составит 544,3 МДж и 713 кДж соответственно, а масса емкостного накопителя СМУ и емкостного накопителя ССМ при достигнутой удельной энергии лучших высоковольтных импульсных емкостных накопителей WEmEH=9кДж кг [10] - 606 т и 80 кг;

требуемая мощность на входе в зарядное устройство типа полупроводникового преобразователя неизменной мощности [10] при времени заряда емкостного накопителя СМУ и емкостного накопителя ССМ с постоянной времени саморазряда 3000 с - 1500 с и КПД зарядного устройства, равного 0,8, - составит 907,2 кВт и 95,1 Вт соответственно;

суммарная масса базовых, собственно, подсистемы запитки сверхпроводящего магнита 1 и подсистемы питания обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 равна 63,45 т.

д. Исходные и расчетные характеристики криорефрижераторной установки 3 для охлаждения всех 12-и сверхпроводящих магнитов 1 и 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок высокоскоростного транспорта для предлагаемой системы:

требуемая холодопроизводительность криорефрижераторной установки 3 для компенсации теплового потока через поверхность теплоизоляции всех криостатов сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок составит 1,193 Вт, а для теплопритока через их опоры при возможном ускорении салазок 19,62 м/с2 (2g) - 0,2374 Вт;

требуемая максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность криорефрижераторной установки 3 для компенсации теплопритока через все 24-токовода 12-и сверхпроводящих магнитов 1 салазок при максимальном и минимальном удельном теплопритоке через один термодинамически оптимизированный токоввод 5,138·10-4 Вт/А и 2,581·10-4 Вт/А равна 12,33 Вт и 6,194 Вт соответственно;

максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность криорефрижераторной установки 3 для компенсации всех видов теплопритоков в криостаты всех сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей перемычек 2 салазок составит 54,6 Вт и 7,63 Вт соответственно;

масса криорефрижераторной установки 3 равна 20 кг, а потребляемая ею максимальная и минимальная (номинальная) мощность 3,3 кВт и 1,2 кВт соответственно.

е. Исходные и расчетные характеристики криорефрижераторной установки 3 для охлаждения всех 12-и сверхпроводящих магнитов 1 и 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок высокоскоростного транспорта для базовой система запитки - прототипа сверхпроводящих магнитов 1:

требуемые холодопроизводительности криорефрижераторной установки 3 для компенсации теплового потока через поверхность тепловой изоляции всех криостатов сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок составит 1,49 Вт, а теплоприток через их опоры из стопок углепластиковых дисков - 0,3422 Вт;

требуемые максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность для компенсации теплопритока через 24 токовода 12-и сверхпроводящих магнитов 1 салазок при указанных в п.д максимальном и минимальном (номинальном) удельных теплопритоках через один термодинамически оптимизированный токоввод равна 12,33 Вт и 6,194 Вт;

требуемые максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность криорефрижераторной установки для компенсации всех видов теплопритоков в криостаты всех сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей перемычек 2 составит 14,16 Вт и 8,03 Вт;

масса криорефрижераторной установки 3 равна 9,0 кг, а потребляемая ею максимальная и минимальная (номинальная) мощность равна 1,4 кВт и 1,3 кВт.

Расчетные основные характеристики предлагаемой и базовой системы с входящими в них подсистемами и устройствами сведем в таблицу.

Таблица

Основные сравнительные характеристики предлагаемой и базовой [2] систем запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока для салазок высокоскоростного транспорта
№ п/пНаименование подсистем и устройств системХарактеристики систем и их размерность
Предлагаемая системаБазовая система
1.Масса 12-и сверхпроводящих магнитов в сборе с криостатами, кг952952
2.Масса 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек без обмотки управления, кг126608
3.Масса обмоток управления 12-ю сверхпроводящими ключами-перемычками, кг38,722800
4.Полная масса 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек в сборе с криостатами и обмотками управления, кг16523400
5.Масса, собственно, систем запитки 12-и сверхпроводящих магнитов, кг77,91008
6.Масса 12-и систем запитки 12-и обмоток управления 12-ю сверхпроводящими ключами-перемычками, кг8476400
7.Максимальная и минимальная мощность, потребляемая 12-ю собственно системами запитки 12-ю сверхпроводящими магнитами от трансформатора подстанции:
- максимальная, кВт27,851,14
- минимальная, кВт12,261,14
8.Мощность, потребляемая 12-и системами запитки 12-и обмоток управления 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек, кВт1,5010890
9.Требуемая холодопроизводительность криорефрижераторной установки для охлаждения 12-и сверхпроводящих магнитов и 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек салазок:
- максимальная, кВт;54,6012,33
- минимальная, кВт7,636,19
10.Масса криорефрижераторной установки, кг209
11.Мощность, потребляемая криорефрижераторной установкой:
- максимальная, кВт3,31,4
- минимальная, кВт1,21,3
12.Суммарная мощность, потребляемая системой запитки 12-и сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока:
- максимальная, кВт;32,6510893
- минимальная, кВт14,9610892
13.Суммарная масса системы запитки 12-и сверхпроводящих магнитов,1371 78640
из которых на салазках расположено, кг118924430
14.Полное время запитки 12-и сверхпроводящих магнитов салазок в режиме замороженного потока, с34351511

Следовательно, указанные в п.1 и 2 заявки и формулы изобретения отличительные признаки предложенных способа и системы запитки сверхпроводящих магнитов, в режим замороженного потока, существенно отличают ее от базовых способа и системы - прототипа [2], позволяют в 574 раза уменьшить ее полную суммарную массу, а, значит, и стоимость системы, и в 333,6 раз и в 728 раз уменьшить потребляемую системой от трансформаторной подстанции максимальную и минимальную мощность, что доказывает выполнение поставленного технического результата или цели изобретения.

Источники информации

1. Казовский Е.Я., Карцев В.П., Шахтарин В.Н. Сверхпроводящие магнитные системы. Под общ. ред. Е.Я.Казовского. - Л.: «Наука». Ленингр. отд-ние, 1967. - 323 с.: а). 5. «Топологические генераторы с движущимся магнитным полем» на с.131-164; б). Подраздел «Лейденские генераторы», №3 и №4 на с.156-157.

2. Проблемы построения сверхпроводящих геомагнитных двигателей летательных аппаратов / Гурьев И.С., Додотченко В.В., Драгунов Б.Н., Жуков В.Н. // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». - М.: Машиностроение, 1999, №7. - с.31-34 - Прототип.

3. Мощные тонкопленочные сверхпроводящие коммутаторы. Реф. журнал Электротехника, выпуск 21 И Электрические машины и трансформаторы. - М.: ВИНИТИ, 1990, №4, реферат 2И271.

4. Особенности ультрадисперсной технологии изготовления высокотемпературной сверхпроводящей керамики / Ю.П.Похолков, О.Л.Хасимов, В.М.Соколов и др. // Электротехника, 1996, №11, с.21-25.

5. Модификации вентильно-индукторных двигателей и особенности их расчетных моделей / Бут Д.А. // Электричество, 2000, №7, с.34-44.

6. Справочник по физико-техническим основам криогеники / М.П.Малков, И.Б.Данилов, А.Г.Зельдович, А.Б.Фрадков // Под ред. М.П.Малков. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 433 с.: Табл.7.9 на с.252, Табл.7.8 на с.250, с.249-250.

7. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О.Г.Чебовский, Л.Г.Моисеев, Р.Б.Недошвин. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400 с.: с.157-169, табл.8.1 на рис.8.3.

8. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А.В.Баюков, А.Б.Грацевич, А.А.Зайцев и др. // Под общ. ред. Н.Н.Гогюнова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 744 с.: с.628-630.

9. Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности / В.Н.Галанов, Ю.А.Шершнев, М.К.Гуревич, М.А.Козлов // Электротехника, 1998, №3, с.48-52.

10. Power supply technology for electric guns / J.H.Dully // IEEE Transactions on Magnetics. - 1991. - Vol.7, №1. - p.329-344.

11. Кныш В.А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 160 с.

1. Способ запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока, заключающийся в том, что каждый сверхпроводящий магнит со сверхпроводящим ключом-перемычкой охлаждают до устойчивого сверхпроводящего состояния, после чего запитывают обмотку управления ключа-перемычки током и переводят сверхпроводящий ключ-перемычку в резистивное состояние, после этого запитывают сверхпроводящий магнит до требуемого максимального тока ICM, после чего обесточивают обмотку управления ключа-перемычки, переводят сверхпроводящий ключ-перемычку снова в сверхпроводящее состояние и тем самым замыкают через него накоротко ток ICM сверхпроводящего магнита, отличающийся тем, что перевод сверхпроводящего ключа-перемычки в резистивное состояние осуществляется путем нагрева его основной сверхпроводящей обмотки обмоткой управления до температуры выше критической температуры сверхпроводника, затем включают инвертор регулируемой частоты с трансформаторным выходом на максимальные неизменные частоту fm и выходное напряжение UТр.m длительностью до момента времени tЗ=t0H запитки сверхпроводящего магнита неизменной номинальной мощностью РТр.H=UТр.HICM и с этого момента уменьшают частоту f, а значит и выходное напряжение uТр. инвертора, по следующим зависимостям, записанными от времени tЗ запитки сверхпроводящего магнита:

и

соответствующим режиму запитки сверхпроводящего магнита неизменной зарядной мощностью РЗСМТр.Н, где LCM - индуктивность сверхпроводящего магнита, rДСр. - среднее, за время запитки в этом режиме, активное сопротивление одного диодного вентиля однотактного двухфазного мостового выпрямителя, a UF - его пороговое напряжение в момент времени tЗm достижения требуемого максимального тока LCM запитки обесточивают обмотку управления сверхпроводящим ключом-перемычкой, включают криорефрижераторную установку на форсированный режим работы и скачком уменьшают частоту и выходное напряжение трансформатора инвертора до их номинальной величины fH и UТр.H=UF+rДср.ICM, которые затем поддерживают неизменными в течение времени tОхл. охлаждения основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки до температуры ниже критической температуры ее сверхпроводника, в момент времени 1ЗmП перехода основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки снова в сверхпроводящее состояние ток ICM сверхпроводящего магнита замыкается накоротко через основную обмотку ключа-перемычки, а инвертор регулируемой частоты выключают и переводят криорефрижераторную установку на номинальный режим работы.

2. Система запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока по п.1, содержащая запитываемый сверхпроводящий магнит с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в криостат, сверхпроводящий ключ-перемычку с основной обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в свой криостат, и с обмоткой управления, криорефрижераторную установку, связанную со сверхпроводящим магнитом и сверхпроводящим ключом-перемычкой теплоизолированными трубопроводами, датчик-измеритель тока запитки сверхпроводящего магнита, преимущественно Холловского типа, собственно систему запитки сверхпроводящего магнита, выходы которой связаны с выводами обмотки сверхпроводящего магнита, подключенные к выводам основной обмотки ключа-перемычки сверхпроводящими проводами в теплоизолированных трубках с каналами охлаждения проводов, а входы которой - с выходными шинами источника электроэнергии, подсистему питания обмотки управления ключом-перемычкой, выходы которой через управляемый ключ тиристорного или транзисторного типа подключены к выводам обмотки управления ключом-перемычкой, а входы - к выходным шинам электроэнергии, и блок управления системой запитки, управляющие входы и выходы которого связаны с подсистемами собственно запитки сверхпроводящих магнитов и питания обмотки управления ключом-перемычкой, датчиками температуры и электрических параметров системы запитки и с криорефрижераторной установкой, отличающаяся тем, что в ней обмотка управления выполнена проводом с высоким удельным электрическим сопротивлением типа константана или изобелина и намотана преимущественно бифилярно вместе с основной обмоткой управления ключа-перемычки, а собственно подсистема запитки сверхпроводящего магнита состоит из инвертора регулируемой частоты с трансформаторным выходом, вторичная обмотка трансформатора которого снабжена тремя выходами от ее концов и средней точки, и из однотактного двухфазного выпрямителя на двух диодных вентилях, аноды которых подключены к концам вторичной обмотки трансформатора, их катоды - к одному из выводов обмотки сверхпроводящего магнита, другой вывод которой подключен к отводу от средней точки вторичной обмотки трансформатора инвертора, и порогового датчика изменения тока в основной обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки, при этом входы инвертора регулируемой частоты подключены к выходным шинам источника электроэнергии, а криорефрижераторная установка рассчитана на сравнительно кратковременный (от нескольких десятков секунд до нескольких часов) форсированный и длительный (от нескольких месяцев до года) режимы работы за один цикл запитки сверхпроводящих магнитов и при необходимости может быть подключена к равному числу nCM=nСКП>1 сверхпроводящих магнитов и сверхпроводящих ключей-перемычек для их охлаждения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области способов изменения количества энергии в магнитных катушках и к области устройств для их реализации. .

Изобретение относится к области криоэлектроники, в частности к области создания тонкопленочных криогенных устройств на сверхпроводниках. .

Изобретение относится к области криоэлектроники, в частности к области создания тонкопленочных криогенных устройств на сверхпроводниках. .

Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано при создании объемов с магнитным вакуумом, т.е. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических машин от токовых перегрузок. .

Изобретение относится к электроэнергетической импульсной технике и касается сверхпроводниковых ключей-перемычек (СКП) из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя (СПИН) преимущественно тороидального типа, предназначенного для питания импульсных нагрузок, например индуктивной нагрузки через промежуточный многокаскадный емкостной генератор (ЕГ).

Изобретение относится к области электротехники, в частности, может быть использовано для защиты электрических машин от токовых перегрузок. .

Изобретение относится к области криоэлектроники. .

Изобретение относится к переключаемому планарному высокочастотному резонатору и к планарному высокочастотному фильтру на его основе. .

Изобретение относится к устройствам для регистрации отдельных фотонов видимого и инфракрасного диапазонов

Изобретение относится к области высокочастотной техники, в частности к устройствам для коммутации сигналов сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к электротехнике, к криоэлектронике и может быть использовано для защиты электрических машин от токовых перегрузок

Изобретение относится к области криоэлектроники, в частности к области создания тонкопленочных криогенных устройств на сверхпроводниках

Изобретение относится к области сверхпроводящей электротехники и может быть использовано для коммутации электрических цепей постоянного тока

Изобретение относится к области сверхпроводящей электротехники, в частности к сверхпроводящим выключателям (СПВ) постоянного тока многократного действия, и может быть использовано, например, для коммутации тока сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии и сверхпроводящих магнитных систем, в системах защиты сверхпроводящих обмоток электрических машин, линий электропередачи и сверхпроводящих кабелей

Изобретение относится к области сверхпроводниковой электротехники и может быть использовано для коммутации тока сверхпроводящих магнитных систем и сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, в системах защиты сверхпроводящих обмоток электрических машин, сверхпроводящих кабелей и линий электропередачи

Изобретение относится к электротехнике, в частности к сверхпроводящим размыкателям постоянного тока многократного действия
Наверх