RU2017273C1

RU2017273C1 - Superconducting magnetic system

Info

Publication number: RU2017273C1
Authority: RU
Inventors: Д.Г. Акопян
Original assignee: Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1991-04-18
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: electrophysical installations. SUBSTANCE: superconducting magnetic system has multilayer superconducting winding, pickup of state manufactured in the form of superconducting bars connected in series and positioned between layers of winding along magnetic field being in thermal contact with it and connected through switch to source of power supply. Two potential leads of each superconducting bar are coupled to actuating element. There are inserted amplifier, threshold device, commutation gear, pulse supply source, supplementary winding magnetically linked to main one. Leads of bars connected in series are coupled to input of amplifier, output of amplifier is connected to commutation gear through threshold device. Supplementary winding is linked to pulse power supply source through commutation gear. EFFECT: improved stability of operational characteristics. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике. Преимущественной областью использования является техника сверхпроводящих магнитных систем в электрофизических установках. The invention relates to electrical engineering and electric power industry. The preferred area of use is the technique of superconducting magnetic systems in electrophysical installations.

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]. There are known superconducting magnetic systems used in tests in a magnetic field of superconducting winding wires in fusion reactors, in inductive energy storage devices, in linear current-limiting devices, in electric machines, etc. [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. Known superconducting magnetic system for energy storage [3], containing external and internal superconducting windings. The proposed arrangement of the windings and auxiliary devices can reduce the instability of the superconducting magnetic system. The influence of the magnetic field created by the current flowing in the same direction along the conductors of the external and internal windings is reduced.

Сверхпроводящая магнитная система не отличается высокой надежностью, что связано с отсутствием защитных цепей, предотвращающих появление аварийных режимов. The superconducting magnetic system is not highly reliable due to the absence of protective circuits to prevent emergency conditions.

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.Of the known superconducting magnetic systems, the closest in technical essence is the superconducting magnetic system [4], which contains serially connected superconducting rods in isolation, placed between adjacent layers of turns of the superconducting winding, one terminal of the serial circuit (rods) is connected to the power source through an adjusting resistance and a switch , the other terminal is connected directly to the power source, two potential terminals from each superconducting rod are connected us to the executive body. In the case of the appearance and propagation of the normal phase in the superconducting winding of the magnetic system at the junction points, an increase in temperature T _n occurs and its propagation with a certain speed. Superconducting rods, tightly adjacent to the turns of the winding, go into a normal state. The voltage drop at the input of the executive body depends mainly on the values of the resistances on each individual rod, which went into the normal phase, and on the speed of its propagation. With the help of the executive body, it is possible to register the appearance of a normal phase in each individual rod under thermal influence of the corresponding section of the magnetic system.

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.). The disadvantage of the magnetic system is its low reliability, which is explained by local heat generation in the turns of the winding, which transferred to the normal state. This leads to the release of all the accumulated energy in the system in areas of the winding with normal conductivity and the emergence of emergency conditions (short circuit of the turns, open circuit in the turns of the winding, etc.).

Целью изобретения является повышение надежности функционирования сверхпроводящей магнитной системы. The aim of the invention is to increase the reliability of the functioning of the superconducting magnetic system.

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. This is achieved by the fact that in a superconducting magnetic system containing a winding and a state sensor, made in the form of series-connected superconducting rods located between the layers of the winding along the magnetic field, being in thermal contact with it and connected through a switch to a power source, from each superconducting two potential leads are connected to the executive body, an amplifier, a threshold device, a switching device, a switching power supply, an additional device are introduced a winding magnetically coupled to the main winding, the terminals of the series-connected rods connected to the input of the amplifier, the output of the amplifier through a threshold device connected to a switching device, an additional winding through a switching device connected to a switching power supply.

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". Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the proposed superconducting magnetic system meets the criterion of "novelty." An analysis of the known technical solutions in the studied area allows us to conclude that there are no signs in them that are similar to the essential distinguishing features of the proposed superconducting magnetic system, and to recognize this solution as meeting the criterion of "significant differences".

На чертеже изображена функциональная схема магнитной системы. The drawing shows a functional diagram of a magnetic system.

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. The superconducting magnetic system comprises superconducting rods 1 in isolation located between the turns 3 of the superconducting magnet winding; a power source 4 connected through a switch 6 and a resistor 5 to the terminals of the series-connected rods m, n, an actuator 7 connected to the potential terminals of the superconducting rods 1, an amplifier 8, the input of which is connected to the terminals of the series-connected rods - the output of the amplifier 8 is connected through a threshold the device 9 to the switching device 10. The power source 11 is connected through a switching device to an additional winding 12, magnetically connected to the main winding of the superconducting magnetic tem.

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.In the operating mode of the magnet, a working current I _p flows through its turns 3. By turning on the switch 6 through the resistor 5 from the power source 4, a measuring current I is supplied to the series-connected rods 2. In the case of the appearance and propagation of a normal phase on the individual turns 3 of the superconducting magnet coil, the series-connected superconducting bars 1 are heated in isolation, located between the turns 3. In as a result of the thermal effect of the turns 3, the rods 1 also go into a normal state. Through the potential conclusions of the potential difference that arose in the rods, they go to the actuator 7. As a result, the executive body 7 registers the normal phase in each individual rod 1. At the same time, the potential difference at the terminals of the series-connected rods m, n is supplied to the input of the amplifier 8. The voltage from the output of amplifier 8, through a threshold device 9, it enters the switching device 10. Subsequently, the switching device 10 closes a series-connected circuit with its contacts. coil 12 and switching power supply 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.A sharp change in the current in the additional winding 12 creates an alternating (pulsed) magnetic field, which in the power circuit of the magnet induces EMF and additional current I _d . The total current I _d flows in the magnet power circuit, the value of which is higher than the critical I _{c of the} magnet superconductor. Such a sharp increase in the current in the magnet allows you to expand the process of propagation of the normal phase in superconducting coils 3 and increase the areas with normal conductivity. The process of propagation of the normal phase assumes a continuous nature, which excludes the possibility of local energy release in individual sections of the winding with normal conductivity and, as a consequence, the emergence of emergency conditions. This allows you to increase the reliability of the superconducting magnetic system. In addition, the proposed technical solution can provide a deliberate transition of the superconducting magnet winding to a normal state by turning on the switching apparatus 10 and the discharge pulse power supply 11 to the additional winding 12. The need for such an operating mode arises, for example, in current converters, for outputting energy to an external load in energy storage devices, etc.

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. The proposed superconducting magnetic system provides the necessary conditions for eliminating emergency conditions. This increases the reliability of protection by increasing the efficiency of the protective output of energy from a superconducting magnet.

Claims

A SUPERCONDUCTING MAGNETIC SYSTEM containing a multilayer superconducting winding and a state sensor, made in the form of serially connected superconducting rods located between the layers of the winding along the magnetic field, being in thermal contact with it and connected through a switch to a power source, and there are two potential leads from each superconducting rod connected to a normal phase recorder, characterized in that, in order to increase the reliability of the superconducting magnetic system, an amplifier, a threshold device, a switch, a switching power supply, an additional winding magnetically connected to the main winding are additionally introduced, the terminals of the series-connected rods being connected to the inputs of the amplifier, the output of the amplifier through a threshold device connected to a switch connected through an additional winding to a switching power source .