сверхпроводящая магнитная система

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.

Описание изобретения к патенту

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.