RU2230398C1 - Superconductor jumper-switch with magnetically controlled inductive superc onductor energy storage - Google Patents

Superconductor jumper-switch with magnetically controlled inductive superc onductor energy storage Download PDF

Info

Publication number
RU2230398C1
RU2230398C1 RU2002125336/28A RU2002125336A RU2230398C1 RU 2230398 C1 RU2230398 C1 RU 2230398C1 RU 2002125336/28 A RU2002125336/28 A RU 2002125336/28A RU 2002125336 A RU2002125336 A RU 2002125336A RU 2230398 C1 RU2230398 C1 RU 2230398C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
winding
control
voltage
temperature
superconducting
Prior art date
Application number
RU2002125336/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002125336A (en
Inventor
В.В. Додотченко (RU)
В.В. Додотченко
С.Н. Никулин (RU)
С.Н. Никулин
Н.И. Олейник (RU)
Н.И. Олейник
к А.М. Ричн (RU)
А.М. Ричняк
Original Assignee
Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского filed Critical Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority to RU2002125336/28A priority Critical patent/RU2230398C1/en
Publication of RU2002125336A publication Critical patent/RU2002125336A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2230398C1 publication Critical patent/RU2230398C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

FIELD: power-energy pulse engineering. SUBSTANCE: superconductor jumper-switch built of high-temperature superconductors and magnetically controlled inductive superconductor energy storage mainly of toroidal shape which is designed to feed pulse loads such as inductive ones through intermediate multiple-stage capacitive oscillator has main winding built around high-temperature superconductor film bands enclosed by low-temperature electric insulation, wound in bifilar manner on tubular former, and provided with ducts for passing coolant from cryorefrigerator communicating via heat-insulated pipelines carrying enhanced-inlet-temperature coolant with internal part of inlet and outlet coolant manifolds. It also has external winding coaxial with main one which is wound of stranded wire with high-temperature superconductor film onto heat-insulated tubular former and provided with ducts for passing coolant from cryorefrigerator communicating via heat-insulated pipelines carrying reduced-outlet-temperature coolant with external part of inlet and outlet coolant manifolds. Main and control windings are placed in cryostat. Main winding leads are connected to winding leads of inductive superconductor energy storage and to outputs of its charger in the form of mainly constant charging power converter. In addition superconductor jumper-switch has power supply for control winding incorporating storage capacitor with switches controlling its two unlike-polarity push-pull converters of practically constant output current, as well as control unit. EFFECT: reduced mass and cost of jumper-switch and associated equipment; reduced power requirement. 2 cl, 10 dwg

Description

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 (фиг.1, 2, 3, 4).The invention relates to electric power pulsed technology and relates to superconducting jumper keys (SKP) from high-temperature superconductors (HTSC) with magnetic control of the operation of a superconducting inductive storage (SPIN) of predominantly toroidal type, designed to power pulsed loads, for example, inductive load through an intermediate multi-stage capacitive generator ( figure 1, 2, 3, 4).

Известен сверхпроводниковый ключ-перемычка с тепловым управлением, содержащий основную сверхпроводниковую обмотку, намотанную бифилярно на цилиндрический каркас вместе с нагревательной обмоткой теплового управления, которые помещены в криостат и связаны теплоизолированными трубопроводами с криогенной установкой /1/.Known superconducting jumper key with thermal control, containing the main superconducting winding, wound bifilarly on a cylindrical frame together with a heating coil of thermal control, which are placed in a cryostat and connected by heat-insulated pipelines with a cryogenic installation / 1 /.

Достоинство такого СКП - простота и сравнительно малые масса и объем.The advantage of such SKP is its simplicity and relatively small mass and volume.

Основной его недостаток связан с необходимостью сравнительно длительное время охлаждать основную сверхпроводниковую обмотку после перевода ее из сверхпроводящего в резистивное состояние снова в сверхпроводящее состояние для маломощных ключей от одной до нескольких минут, а для мощных ключей большой массы - до нескольких десятков минут /2, 1/. Этот недостаток ограничивает функциональные возможности теплового управления работой СПИН только запиткой его током в режим "замороженного" потока.Its main drawback is the need for a relatively long time to cool the main superconducting winding after transferring it from the superconducting to the resistive state again to the superconducting state for low-power switches from one to several minutes, and for high-power high-power switches to several tens of minutes / 2, 1 / . This drawback limits the functionality of thermal control of the SPIN operation only by feeding it with current to the “frozen” flow mode.

Также известен сверхпроводящий ключ-перемычка с магнитным управлением, предназначенный для сверхпроводниковых диодов, тиристоров и инверторов на их основе и содержащий два коаксиальных соленоида, намотанных лентами из высокотемпературных сверхпроводящих пленок.Also known is a superconducting jumper key with magnetic control designed for superconducting diodes, thyristors and inverters based on them and containing two coaxial solenoids wound with tapes of high-temperature superconducting films.

Внутренний основной соленоид является силовым, а внешний - упраляющим /2/. Соленоиды помещены в криостат и снабжены каналами их охлаждения, связанными теплоизолированными трубопроводами с криорефрижераторной установкой.The internal main solenoid is power, and the external - control / 2 /. The solenoids are placed in a cryostat and equipped with cooling channels connected by heat-insulated pipelines with a cryorefrigerator installation.

Достоинство такого СКП в повышенном быстродействии, так как время восстановления сверхпроводящих свойств основного внутреннего силового соленоида после отключения тока в управляющем соленоиде составляет порядка одной миллисекунды /2/. При приведенных в /2/ параметрах такого СКП из иттрий-бариевых ВТСП пленок: критической магнитной индукции Вкр=12 Тл при нулевом транспортном токе и критической плотности тока jкр≈ 1· 10-9 А/м2, что возможно только при температуре охлаждения ВТСП пленок порядка 85 К /3/, область применения СКП ограничена только указанными выше целями для сравнительно маломощных сверхпроводниковых приборов, рассчитанных на ток порядка 25 А и меньше.The advantage of such an SKP is its increased speed, since the recovery time of the superconducting properties of the main internal power solenoid after turning off the current in the control solenoid is about one millisecond / 2 /. With the parameters given in / 2 / of such an SCR from yttrium-barium HTSC films: critical magnetic induction V cr = 12 T at zero transport current and critical current density j cr ≈ 1 · 10 -9 A / m 2 , which is possible only at temperature of cooling HTSC films of the order of 85 K / 3 /, the field of application of the SCR is limited only by the above goals for relatively low-power superconducting devices, designed for current of the order of 25 A or less.

Однако при применении висмутсодержащих ВТСП пленок в соленоидах СКП, широко известном бифилярном способе намотки лент основного силового соленоида /1/ и более высокой рабочей температуре ВТСП пленок соленоидов. Такой СКП с магнитным управлением может использоваться для управления работой СПИН и в этом случае служить основой следующего ближайшего аналога или прототипа предлагаемого изобретения.However, when using bismuth-containing HTSC films in SKP solenoids, the well-known bifilar method of winding tapes of the main power solenoid / 1 / and a higher working temperature of HTSC solenoid films. Such UPC with magnetic control can be used to control the operation of the SPIN and in this case serve as the basis for the next closest analogue or prototype of the invention.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сверхпроводниковый ключ-перемычка с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии, содержащий (см. фиг.8 и 9) основную бифилярную обмотку 1 на основе пленок или лент высокотемпературного сверхпроводника, окруженных низкотемпературной электроизоляцией и намотанных бифилярно на цилиндрический трубчатый каркас 2, и снабженную каналами 3 для протока хладоагента криорефрижераторной установки, связанной теплоизолированными трубопроводами 4' с входным 5 и выходным 6 коллекторами хладоагента, соосную с основной управляющую обмотку 7 из многожильного провода с высокотемпературными сверхпроводниками, намотанного на цилиндрический трубчатый каркас 2’, и снабженную каналами 3 для протока хладоагента криорефрижераторной установки, соосные основная 1 и управляющая 7 обмотки помещены в криостат 8 с внутренними и наружными стенками 8.1, между которыми расположены теплоизоляция 8.2 и силовые опоры, выводы основной обмотки 1 подключены к выводам а и б обмотки сверхпроводникового индуктивного накопителя 9 преимущественно тороидального типа и к выходам его зарядного устройства 10 преимущественно на основе преобразователя с неизменной зарядной мощностью, входные выводы которого связаны с шинами источника 11 электропитания, выводы управляющей обмотки 7 через датчик тока ДТ подключены к выходам устройства 12 ее питания, причем криорефрижераторная установка связана теплоизолированными трубопроводами 4 с обмоткой сверхпроводникового индуктивного накопителя 9, а управляющие входы и выходы устройства 12 питания управляющей обмотки 7, зарядного устройства 10 сверхпроводникового индуктивного накопителя 9 и датчиков тока, напряжения и температуры связаны с соответствующими выходами и входами блока управления /4/.Closest to the proposed invention is a superconducting jumper key with magnetic control of the operation of a superconducting inductive energy storage device containing (see Figs. 8 and 9) a main bifilar coil 1 based on films or tapes of a high-temperature superconductor, surrounded by low-temperature electrical insulation and wound bifilarly onto a cylindrical tubular frame 2, and provided with channels 3 for the flow of the refrigerant cryorefrigerator installation, connected by insulated pipelines 4 'with the inlet m 5 and output 6 collectors of refrigerant, coaxial with the main control winding 7 of a stranded wire with high-temperature superconductors wound on a cylindrical tube frame 2 ', and equipped with channels 3 for the flow of the refrigerant refrigerant installation, coaxial main 1 and control 7 windings are placed in a cryostat 8 with internal and external walls 8.1, between which thermal insulation 8.2 and power supports are located, the conclusions of the main winding 1 are connected to the terminals a and b of the winding of the superconducting inductive the feeder 9 is mainly of the toroidal type and to the outputs of its charger 10 mainly on the basis of a converter with constant charging power, the input terminals of which are connected to the buses of the power supply 11, the terminals of the control winding 7 are connected to the outputs of the power supply device 12 through the current sensor DT, and the refrigeration unit connected by thermally insulated pipelines 4 to the winding of the superconducting inductive storage 9, and the control inputs and outputs of the power supply device 12 of the control winding 7, for yadnogo device 10 superconducting inductive storage 9 and the current sensors, voltage and temperature are connected to the respective outputs and inputs of the control unit / 4 /.

Недостатки такого базового устройства-прототипа /4/: недопустимо большая масса обмотки магнитного управления 7, а значит, масса СКП, и чрезмерно большая масса и стоимость ее высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), а также сравнительно большая потребляемая им мощность от источника 11 электропитания.The disadvantages of such a basic prototype device / 4 /: the unacceptably large mass of the magnetic control winding 7, and hence the mass of the UPC, and the excessively large mass and cost of its high-temperature superconductors (HTSC), as well as the relatively large power consumed by it from the power supply 11.

Например, для висмутсодержащего ВТСП с критической температурой 105,75 К и массовой плотностью 3790 кг/м3 /5/ при: его рабочей температуре 99 К; запасаемой в тороидальном СПИН9 энергии W9M=5 мДж; минимальной магнитной индукции управляющей обмотки 7 BYOmin=6,8 Тл в области расположения основной обмотки 1, при которой ВТСП пленки всей основной обмотки переходят из сверхпроводящего в резистивное состояние; критической плотности транспортного тока в ВТСП пленках при нулевой магнитной индукции jплк(0)=1· 109 А/м2; максимальной магнитной индукции в управляющей обмотке 7 Bмуо>10 Тл, которой соответствует плотность тока /5/ в ВТ ее ВТСП пленкахFor example, for bismuth HTSC with a critical temperature of 105,75 K and the mass density of 3790 kg / m 3/5 / when: its operating temperature of 99 K; energy stored in the toroidal SPIN9 W 9M = 5 mJ; the minimum magnetic induction of the control winding is 7 B YOmin = 6.8 T in the region where the main winding 1 is located, at which the HTSC films of the entire main winding pass from the superconducting to the resistive state; critical density of the transport current in HTSC films at zero magnetic induction j plc (0) = 1 · 10 9 A / m 2 ; maximum magnetic induction in the control winding 7 V muo > 10 T, which corresponds to the current density / 5 / in the VT of its HTSC films

Figure 00000002
Figure 00000002

где р=1,36±0,01 - полученный экспериментально коэффициент /5/;where p = 1.36 ± 0.01 - experimentally obtained coefficient / 5 /;

рабочей плотности тока jплр≈ 1,13· 107 А/м2; среднем радиусе управляющей обмотки 6,261 м и максимальном токе в управляющей обмотке 7 1000 А суммарная масса СКП составила 318,8 или 137,4 тонн при массе управляющей обмотки 7 257,5 или 92,63 тонн для медной и алюминиевой матрицы в ней соответственно, а масса ВТСП - 12,43 тонн. При этом максимальная потребляемая СКП мощность составила 107,84 кВт.working current density j plr ≈ 1.13 · 10 7 A / m 2 ; the average radius of the control winding is 6.261 m and the maximum current in the control winding is 7 1000 A, the total mass of the UPC was 318.8 or 137.4 tons with the mass of the control winding 7 257.5 or 92.63 tons for the copper and aluminum matrix in it, respectively, and the mass of HTSC is 12.43 tons. At the same time, the maximum power consumed by SKP was 107.84 kW.

Технический результат или цель изобретения - уменьшение массы и стоимости сверхпроводникового ключа-перемычки с сопутствующим оборудованием за счет уменьшения массы и стоимости управляющей обмотки 7 и уменьшение потребляемой им мощности от источника 11 электроэнергии.The technical result or object of the invention is to reduce the mass and cost of a superconducting jumper key with associated equipment by reducing the mass and cost of the control winding 7 and reducing the power consumed by it from the electric power source 11.

1. Технический результат или цель изобретения достигается тем, что в сверхпроводниковом ключе-перемычке с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии, содержащем (см. фиг.1, 2, 3, 4) основную бифилярную обмотку 1 на основе лент из пленок высокотемпературного сверхпроводника, окруженных низкотемпературной электроизоляцией и намотанных бифилярно на цилиндрический трубчатый каркас 2, и снабженную каналами 3 для протока хладоагента криорефрижераторной установки, связанной теплоизолираванными трубопроводами 4’ с входным 5 и выходным 6 коллекторами хладоагента, соосную с основной 1 внешнюю управляющую обмотку 7 из многоканального провода с высокотемпературными сверхпроводниками, намотанного на цилиндрический каркас 2’, и снабженную каналами 3 для протоки хладоагента криорефрижераторной установки, соосные основная 1 и управляющая 7 обмотки с коллекторами хладоагрегата помещены в криостат 8 с внутренними и наружными стенками 8.1, между которыми помещены теплоизоляция 8.2 и силовые опоры, выводы основной обмотки 1 подключены к выводам а и б обмотки сверхпроводникового индуктивного накопителя 9 преимущественно тороидального типа и к выходам его зарядного устройства 10, входные выводы которого связаны с шинами источника 11 электроэнергии, выводы управляющей обмотки 7 через датчик тока ДТ подключены к выходам устройства 12 ее питания, причем криорефрижераторная установка связана теплоизолированными трубопроводами 4 с обмоткой сверхпроводникового индуктивного накопителя 9 и снабжена отдельными трубопроводами 4’ с выходной температурой хладоагента большей, чем у трубопроводов 4 охлаждения обмотки сверхпроводящего индуктивного накопителя 9, а управляющие входы и выходы устройства 12 питания управляющей обмотки 7, зарядного устройства 10 сверхпроводникового индуктивного накопителя 9 и датчиков тока, напряжения и температуры связаны с соответствующими выходами и входами блока управления, входной 5 и выходной 6 коллекторы хладоагента разделены диаметральной перегородкой, образованной продолжением трубчатого каркаса 2’ с теплоизоляцией обмотки управление 7 на наружную 5, 6 и внутреннюю 5’, 6’ части, первая из которых связана с теплоизолированными трубопроводами 4 с пониженной выходной температурой хладоагента, а другая - с отдельными трубопроводами 4 с повышенной выходной температурой хладоагента, при этом устройство 12 питания управляющей обмотки 7 включает в себя емкостной накопитель 12.1, выводы которого через параллельно включенные прямой 12.2 и обратный 12.2’ полностью управляемые ключи односторонней проводимости подключены к выводам управляющей обмотки 7, зашунтированным блокирующими параллельно включенными прямым 12.3 и обратным 12.3’ полностью управляемыми ключами односторонней проводимости, и два зарядных устройства 12.4 и 12.4’ емкостного накопителя 12.1, разнополярные выходы которых через развязывающие диоды или тиристоры 12.5 и 12.5’ связаны с выводами емкостного накопителя 12.1, входы зарядных устройств 12.4 и 12.4’ подключены к шинам источника 11 электроэнергии, а также два преобразователя 12.6 и 12.6’ практически неизменного выходного тока с разнополярными выходами, каждый из которых содержит низковольтную часть в виде мостовой схемы на четырех низковольтных полностью управляемых ключах односторонней проводимости 12.6.1-12.6.4 и дозирующий конденсатор 12.6.5 в диагонали мостовой схемы, и высоковольтную часть в виде диода 12.6.6, аноды двух управляемых ключей 12.6.1, 12.6.3 мостовой схемы связаны с одним из выходов преобразователя 12.6.7 напряжения источника 11 электроэнергии, а катоды остальных управляемых ключей 12.6.2, 12.6.4 мостовой схемы - с катодом высоковольтного диода 12.6.6 и через развязывающий тиристор 12.6.8 с одним из выводов управляющей обмотки 7, другой вывод преобразователя 12.6.7 напряжении источника 11 электроэнергии подключен к аноду высоковольтного диода 12.6.6 и к другому выводу обмотки управления 7.1. The technical result or object of the invention is achieved by the fact that in a superconducting jumper wire with magnetic control of the operation of a superconducting inductive energy storage device containing (see FIGS. 1, 2, 3, 4) a main bifilar winding 1 based on tapes of high-temperature superconductor films surrounded by low-temperature electrical insulation and wound bifilarly on a cylindrical tube frame 2, and provided with channels 3 for the flow of the refrigerant cryorefrigerator unit connected by heat-insulated pipes 4 'with input 5 and output 6 collectors of refrigerant, coaxial with the main 1 external control winding 7 of multi-channel wire with high-temperature superconductors wound on a cylindrical frame 2', and equipped with channels 3 for the refrigerant ducts of the refrigeration unit, coaxial main 1 and control 7 windings with collectors of the refrigeration unit are placed in a cryostat 8 with inner and outer walls 8.1, between which thermal insulation 8.2 and power supports are placed, the conclusions of the main winding 1 are connected to the terminals a and b rpm the slots of the superconducting inductive drive 9 are mainly of the toroidal type and to the outputs of its charging device 10, the input terminals of which are connected to the buses of the electric power source 11, the conclusions of the control winding 7 through the current sensor DT are connected to the outputs of the power supply device 12, and the cryorefrigeration unit is connected by heat-insulated pipelines 4 s winding of the superconducting inductive storage 9 and is equipped with separate pipelines 4 'with a coolant output temperature greater than that of pipelines 4 cooling the windings of the superconducting inductive storage 9, and the control inputs and outputs of the power supply device 12 of the control winding 7, the charging device 10 of the superconducting inductive storage 9 and the current, voltage and temperature sensors are connected to the corresponding outputs and inputs of the control unit, input 5 and output 6 of the refrigerant collector are divided the diametrical partition formed by the continuation of the tubular frame 2 'with thermal insulation of the winding control 7 on the outer 5, 6 and inner 5', 6 'parts, the first of which knitted with heat-insulated pipelines 4 with a lowered outlet temperature of the refrigerant, and the other with separate pipelines 4 with an increased outlet temperature of the refrigerant, while the power supply device 12 of the control winding 7 includes a capacitive storage 12.1, the conclusions of which are connected through 12.2 and 12.2 ' fully controllable keys of one-sided conductivity are connected to the terminals of the control winding 7, shunted by blocking direct-connected direct 12.3 and reverse 12.3 'fully parallel control with single-sided conductivity keys, and two chargers 12.4 and 12.4 'of capacitive storage 12.1, the bipolar outputs of which are connected through decoupling diodes or thyristors 12.5 and 12.5' to the terminals of capacitive storage 12.1, the inputs of charging devices 12.4 and 12.4 'are connected to the buses of the electric power source 11, as well as two converters 12.6 and 12.6 'of practically unchanged output current with bipolar outputs, each of which contains a low-voltage part in the form of a bridge circuit on four low-voltage fully controllable switches double-sided conductivity 12.6.1-12.6.4 and a metering capacitor 12.6.5 in the diagonal of the bridge circuit, and the high-voltage part in the form of a diode 12.6.6, the anodes of two controlled keys 12.6.1, 12.6.3 of the bridge circuit are connected to one of the outputs of the converter 12.6 .7 the voltage of the source 11 of electric power, and the cathodes of the other controlled keys 12.6.2, 12.6.4 of the bridge circuit with the cathode of the high-voltage diode 12.6.6 and through the decoupling thyristor 12.6.8 with one of the terminals of the control winding 7, the other terminal of the converter 12.6.7 the voltage of the source of electricity 11 is connected to the anode 12.6.6-voltage diode and the other terminal of the control winding 7.

2. Дополнительный технический результат или цель изобретения - уменьшение джоулевых потерь энергии в основной обмотке 1 и связанной с этим хладопроизводительности криорефрижераторной установки и потребляемой ею мощности от источника 11 электропитания при заряде и подзаряде сверхпроводникового индуктивного накопителя 9 достигается тем, что в сверхпроводящем ключе-перемычке с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии по п.1 зарядное устройство 10 сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии выполнено в виде преобразователя в основном неизменной зарядной мощности, содержащего регулируемый преобразователь 10.1 осредненной за период величины выходного напряжения прямоугольной формы с трансформаторным выходом 10.2, например, инвертора регулируемой частоты, а значит, и выходного напряжения, или инвертора по полумостовой схеме (см. фиг.4а и 4б), выходное напряжение которого регулируется методом широтно-импульсной модуляции, и однотактного двухфазного выпрямителя 10.3 на двух диодах 1-.3.1 и 10.3.2, вторичная обмотка трансформатора 10.2 регулируемого преобразователя 10.1 снабжена отводом от ее средней точки, крайние выводы вторичной обмотки упомянутого трансформатора через диоды 10.3.1 и 10.3.2 однотактного двухфазного мостового выпрямителя 10.3 подключены к одному из выводов обмотки сверхпроводникового индуктивного накопителя 9, а другой вывод обмотки последнего связан через развязывающий тиристор 10.4 с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора 10.2 регулируемого преобразователя.2. An additional technical result or purpose of the invention is to reduce the Joule energy losses in the main winding 1 and the associated refrigeration capacity of the cryorefrigerator installation and the power consumed by it from the power supply 11 when charging and recharging the superconducting inductive storage 9 by the fact that in the superconducting jumper wire with magnetic control of the operation of the superconducting inductive energy storage device according to claim 1, the charger 10 of the superconducting inductive energy storage device GII is made in the form of a converter of basically constant charging power, containing an adjustable converter 10.1 averaged over the period of the output voltage of a rectangular shape with a transformer output 10.2, for example, an adjustable frequency inverter, and hence the output voltage, or an inverter according to a half-bridge circuit (see Fig. .4a and 4b), the output voltage of which is regulated by pulse-width modulation, and a single-phase two-phase rectifier 10.3 on two diodes 1-.3.1 and 10.3.2, the secondary winding of the transformer 10.2 r adjustable converter 10.1 is equipped with a tap from its midpoint, the extreme terminals of the secondary winding of the said transformer through diodes 10.3.1 and 10.3.2 of a single-phase two-phase bridge rectifier 10.3 are connected to one of the terminals of the winding of the superconducting inductive storage 9, and the other terminal of the winding of the latter is connected through a decoupling thyristor 10.4 with tap from the midpoint of the secondary winding of the transformer 10.2 adjustable converter.

На фиг.1а и 1б представлена конструктивная схема предлагаемого сверхпроводникового ключа-перемычки с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии согласно изобретению.On figa and 1b presents a structural diagram of the proposed superconducting jumper key with magnetic control of the operation of the superconducting inductive energy storage device according to the invention.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого СКП с магнитным управлением работой СПИН согласно изобретению, на которой указаны связи между элементами СКП и последнего с обмоткой СПИН9.Figure 2 shows the functional diagram of the proposed UPC with magnetic control of the operation of the SPIN according to the invention, which shows the relationship between the elements of the UPC and the latter with the winding SPIN9.

На фиг.3 представлена развернутая функциональная схема устройства 12 питания управляющей обмотки 7 предлагаемого СКП согласно изобретению.Figure 3 presents a detailed functional diagram of a device 12 for supplying the control winding 7 of the proposed UPC according to the invention.

На фиг.4а приведена детальная схема зарядного устройства 10 СПИН9 типа преобразователя 10 в основном неизменной зарядной мощности на основе регулируемого преобразователя 1 осредненной за период величины выходного напряжения прямоугольной формы с трансформаторным выходом, в котором осредненное выходное напряжение регулируется методом импульсной модуляции.Fig. 4a shows a detailed diagram of a SPIN9 charger 10 of a converter type 10 of substantially constant charging power based on an adjustable converter 1 of a square-shaped output voltage averaged over a period with a transformer output in which the averaged output voltage is controlled by pulse modulation.

На фиг.4б и 5б представлены графические зависимости осредненного и выходного напряжения Uтр трансформатора 10.2 регулируемого преобразователя 10.1 по фиг.4а и тока заряда i9 тороидального СПИН от устройства 10 по фиг.4а от времени t. На нем обозначены:On figb and 5b presents a graphical dependence of the averaged and output voltage U Tr of the transformer 10.2 of the adjustable Converter 10.1 in Fig.4A and the charge current i 9 of the toroidal SPIN from the device 10 in Fig.4A from time t. On it are indicated:

Uтрм - максимальное неизменное выходное напряжение от времени t=0 до времени t=t начала заряда СПИН9 неизменной зарядной мощности Рз9трн=I9mUтрн=const;U TPM - maximum constant voltage output from the time t = 0 to time t = t start charge OH SPIN9 constant charging power P = P TRN z9 = I 9m U TRN = const;

i и I9m - ток заряда СПИН в момент начала заряда его неизменной зарядной мощности (при времени t=t) и максимальный ток заряда СПИН в конце его заряда (t=tзк=tзм) неизменной зарядной мощности;i Он and I 9m - SPIN charge current at the moment of the beginning of the charge of its constant charging power (at time t = t о ) and the maximum SPIN charge current at the end of its charge (t = t Зк = t зм ) of constant charging power;

Uтрк - выходное напряжение трансформатора 10.2 регулируемого 10.1 преобразователя 10.1 в момент конца заряда СПИН9 неизменной зарядной мощности (при t=tзк), аU tk - the output voltage of transformer 10.2 of adjustable 10.1 converter 10.1 at the end of charge SPIN9 of constant charging power (at t = t zk ), and

Figure 00000003
Figure 00000003

- номинальное выходное напряжение трансформатора при установившемся максимальном токе заряда СПИН9 i9=I9m=const от t=tзм до момента перехода основной обмотки 1 СКП из резисторного в сверхпроводящее состояние длительностью от десятых долей секунд до нескольких секунд 1 при UFM и UFT1 - пороговым напряжением диода 10.2.1 или 10.2.2 однотактного двухфазного выпрямителя (ОТДФВ) 10.3 и развязывающего тиристора 10.3, а их дифференциальном сопротивлении rдД и rдт соответственно.- the rated output voltage of the transformer at a steady maximum charge current SPIN9 i 9 = I 9m = const from t = t sm until the main winding 1 of the UPC passes from the resistor to the superconducting state lasting from tenths of a second to several seconds 1 at U FM and U FT1 - threshold voltage of the diode 10.2.1 or 10.2.2 single-phase two-phase rectifier (OTDFV) 10.3 and decoupling thyristor 10.3, and their differential resistance r dD and r dt, respectively.

1. Предлагаемый СКП с магнитным управлением работой СПИН9 по фиг.1, 2 и 3 содержит основную бифилярную обмотку 1 на основе лент из пленок высокотемпературного сверхпроводника, окруженных низкотемпературной электроизоляцией, например из полиэтилена или фторопласта-4, и намотанных бифилярно на цилиндрический трубчатый каркас 2, и снабженную каналами 3 для протока хладоагента криорефрежераторной установки, связанной теплоизолированными трубопроводами 4’ с повышенной выходной температурой хладоагента с внутренней частью входного 5’ и выходного 6’ коллекторов хладоагента, ограниченной диаметральным продолжением цилиндрического трубчатого каркаса 2 основной обмотки 1 и диаметральным продолжением трубчатого каркаса 2 внешней управляющей обмотки 7; соосную с основной 1 управляющую обмотку 7 из многожильного провода с высокотемпературными сверхпроводниками пленками, намотанную на трубчатый каркас 2' с теплоизоляцией, и снабженную каналами для протока хладоагента криорефрижераторной установки, связанной теплоизолированными трубопроводами 4 с пониженной выходной температурой хладоагента с наружной частью входного 5 и выходного 6 коллекторов хладоагента; соосные основная 1 и управляющая 7 обмотки с коллекторами хладоагента помещены в криостат 8 с внутренними и наружными стенками 8.1, между которыми расположены теплоизоляция 8.2 и силовые опоры. Выводы основной обмотки 1 подключены к выводам а и б обмотки сверхпроводящего индуктивного накопителя 9 преимущественно тороидального типа и к входам его зарядного устройства 10 преимущественных на основе преобразователя с неизменной зарядной мощностью, входные выводы которого связаны с шинами источника 11 электропитания. Выводы управляющей обмотки 7 через датчик тока ДТ подключены в выходам устройства 12 ее питания, включающего в себя емкостной накопитель 12.1, выводы которого через параллельно включенные прямой 12.2 и обратной 12.2’ полностью управляемые ключи односторонней проводимости связаны с выводами управляющей обмотки 7, зашунтированными блокирующими параллельно включенными прямым 12.3 и обратным 12.3’ полностью управляемыми ключами односторонней проводимости, и два зарядных устройства 12.4 и 12.4’ емкостного накопителя 12.1, разнополярные выходы которых через развязывающие диоды или тиристоры 12.5 и 12.5’ подключены к выводам емкостного накопителя 12.1, а входы зарядных устройств 12.4 и 12.4’ подключены к шинам источника 11 электропитания. Кроме того, устройство 12 питания управляющей обмотки содержит два двухтактных преобразователя 12.6 и 12.6’ практически неизменного выходного тока /5/ с разнополярными выходами, каждый из которых включает в себя низковольтную часть в виде мостовой схемы на четырех низковольтных полностью управляемых ключах односторонней проводимости 12.6.1-12.6.4 и дозирующий конденсатор 12.6.5 в диагонали мостовой схемы; и высоковольтную часть в виде диода 12.6.6; аноды двух управляемых ключей 12.6.1, 12.6.3 мостовой схемы связаны с одним из выходов преобразователя 12.6.7 напряжения источника 11 электропитания в пониженное выходное напряжение, а катоды остальных управляемых ключей 12.6.2, 12.6.4 мостовой схемы - с катодом высоковольтного диода 12.6.6 и через развязывающий тиристор 12.6.8 - с одним из выводов управляющей обмотки, другой вывод преобразователя 12.6.7 напряжения источника 11 электропитания подключен к аноду высоковольтного диода 12.6.6 и к другому выводу обмотки управления 7. При этом управляющие входы и выходы зарядного устройства 10 СПИН9, устройства 12 питания управляющей обмотки 7 СКП, криорефрижераторной установки и датчиков их тока, напряжения и температуры, а также температуры обмоток СКП и СПИН, связаны с управляющими входами и выходами блока управления.1. The proposed SKP with magnetic control of the operation of SPIN9 of FIGS. 1, 2 and 3 contains the main bifilar winding 1 based on tapes of high-temperature superconductor films surrounded by low-temperature electrical insulation, for example, polyethylene or fluoroplastic-4, and wound bifilar to a cylindrical tubular frame 2 and equipped with channels 3 for the refrigerant duct of a cryorefrigerator installation connected by heat-insulated pipelines 4 'with an increased outlet temperature of the refrigerant with the inner part of the inlet 5' and the outlet nd 6 'coolant reservoir bounded by a diametrical extension of the cylindrical metallic tube 2 of the main winding 1 and the diametral extension of the tubular outer frame 2 of the control winding 7; coaxial with the main 1 control winding 7 from a stranded wire with high-temperature superconducting films, wound on a tube frame 2 'with heat insulation, and equipped with channels for the refrigerant duct of the cryorefrigeration unit, connected by heat-insulated pipelines 4 with a lower output temperature of the refrigerant to the outer part of the input 5 and output 6 refrigerant manifolds; coaxial main 1 and control 7 windings with refrigerant collectors are placed in a cryostat 8 with internal and external walls 8.1, between which there are 8.2 thermal insulation and power supports. The terminals of the main winding 1 are connected to the terminals a and b of the winding of the superconducting inductive storage 9 of predominantly toroidal type and to the inputs of its charging device 10 predominantly based on a converter with constant charging power, the input terminals of which are connected to the buses of the power supply 11. The conclusions of the control winding 7 through a current sensor DT are connected to the outputs of the device 12 of its power supply, which includes a capacitive storage device 12.1, the conclusions of which are connected through the parallel connected direct 12.2 and reverse 12.2 'keys of one-sided conductivity with the conclusions of the control winding 7, shunted by blocking parallel connected direct 12.3 and reverse 12.3 'fully controllable keys of one-sided conductivity, and two chargers 12.4 and 12.4' of capacitive storage 12.1, the bipolar outputs of which are Res decoupling diodes or thyristors 12.5 and 12.5 'are connected to the terminals of the capacitive storage 12.1 and inputs 12.4 chargers and 12.4' are connected to source buses 11 supply. In addition, the control winding power supply device 12 contains two push-pull converters 12.6 and 12.6 'of practically unchanged output current / 5 / with bipolar outputs, each of which includes a low-voltage part in the form of a bridge circuit on four low-voltage fully controlled single-sided conductivity switches 12.6.1 -12.6.4 and metering capacitor 12.6.5 in the diagonal of the bridge circuit; and the high-voltage part in the form of a diode 12.6.6; the anodes of the two managed switches 12.6.1, 12.6.3 of the bridge circuit are connected to one of the outputs of the voltage converter 11.6.7 of the power supply 11 to a lower output voltage, and the cathodes of the remaining controlled keys 12.6.2, 12.6.4 of the bridge circuit are connected to the cathode of the high-voltage diode 12.6.6 and through a decoupling thyristor 12.6.8 - with one of the terminals of the control winding, the other terminal of the voltage converter 12.6.7 of the power supply 11 is connected to the anode of the high-voltage diode 12.6.6 and to the other terminal of the control winding 7. At the same time, the control inputs and outputsaryadnogo SPIN9 device 10, supply device 12 of the control winding 7 UPC kriorefrizheratornoy installation and current sensors, voltage and temperature, and the temperature SPC windings and back, connected to control inputs and outputs of the control unit.

2. С целью уменьшения джоулевых потерь энергии в основной обмотке 1 сверхпроводящего ключа-перемычки по п.1 и связанной с этим уменьшением хладопроизводительности криорефрижераторной установки и потребляемой ею мощности при заряде и подзаряде СПИН9 предложено зарядное устройство 10 сверхпроводникового индуктивного накопителя 9 выполнить в виде преобразователя в основном неизменной зарядной мощности, содержащее регулируемый преобразователь 10.1 осредненного за период выходного напряжения с трансформаторным выходом, например, инвертора регулируемой частоты, а значит, и выходного напряжения (см. фиг.4а и 4б) или полумостовой схемы (см.фиг.5а и 56), прямоугольное напряжение которой регулируется методом широтно-импульсной модуляции, и однотактного двухфазного выпрямителя (ОТДФВ) 10.2 (см. фиг.4а) на двух диодах 10.2.1 и 10.2.2; вторичная обмотка трансформатора Тр регулируемого преобразователя 10.1 снабжена отводом от ее средней точки; крайние выводы вторичной обмотки трансформатора Тр упомянутого преобразователя 10.1 подключены через диоды 10.2.1 и 10.2.2 ОТДФВ 10.2 к одному из выводов обмотки СПИН9, а другой вывод обмотки СПИН9 связан через развязывающий тиристор 10.3 с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора Тр регулируемого преобразователя 10.1.2. In order to reduce the Joule energy losses in the main winding 1 of the superconducting jumper according to claim 1 and the associated decrease in refrigeration capacity of the cryorefrigerator unit and the power consumed by it when charging and recharging SPIN9, it is proposed that the charger 10 of the superconducting inductive storage 9 be implemented as a converter in basically constant charging power, containing an adjustable converter 10.1 averaged over a period of the output voltage with a transformer output, for example, an inverter adjustable frequency, and hence the output voltage (see Fig. 4a and 4b) or a half-bridge circuit (see Fig. 5a and 56), the rectangular voltage of which is regulated by pulse-width modulation, and a single-phase two-phase rectifier (OTDFV) 10.2 ( see figa) on two diodes 10.2.1 and 10.2.2; the secondary winding of the transformer Tr of the adjustable Converter 10.1 is equipped with a tap from its midpoint; the extreme terminals of the secondary winding of the transformer Tr of the aforementioned converter 10.1 are connected through diodes 10.2.1 and 10.2.2 of an OTDFV 10.2 to one of the terminals of the SPIN9 winding, and the other terminal of the SPIN9 winding is connected through a decoupling thyristor 10.3 with a tap from the secondary winding of the transformer Tr of the adjustable converter 10.1 .

Работа предлагаемых СКП с магнитным управлением работой СПИН9 в различных режимах функционирования последнего поясняется фиг.2; 3; 4а; 4б; 5а и 5б.The work of the proposed SKP with magnetic control of the operation of SPIN9 in various modes of operation of the latter is illustrated in figure 2; 3; 4a; 4b; 5a and 5b.

После охлаждения основной 1 и управляющей 7 обмоток СКП хладоагентом криорефрижераторной установки до устойчивого сверхпроводящего состояния (например, при выполнении обмоток 1 и 7 СКП из висмутосодержащих ВТСП приводов - основной обмотки 1 до 99 К, а управляющей обмотки 7 - до температуры 77 К) ВТСП пленки этих проводов находятся в сверхпроводящем состоянии с практически нулевым сопротивлением и возможны следующие режимы функционирования СПИН9 и предлагаемого СКП:After cooling the main 1 and control 7 windings of the UPC with the refrigerant of the cryorefrigerator unit to a stable superconducting state (for example, when performing windings 1 and 7 of the UPC from bismuth-containing HTSC drives, the main winding is 1 to 99 K, and the control winding 7 to 77 K) HTSC film These wires are in a superconducting state with practically zero resistance and the following modes of functioning of SPIN9 and the proposed SKP are possible:

во-первых, режим первого заряда СПИН9 до максимального тока I9m или энергии

Figure 00000004
и перевод его в режим хранения накопленной энергии;firstly, the mode of the first charge of SPIN9 to a maximum current I 9m or energy
Figure 00000004
and putting it into storage mode of stored energy;

во-вторых, режим разряда СПИН9 на емкостные накопители (ЕН) многокаскадного емкостного генератора (ЕГ) - см. фиг.10 для их заряда до требуемого максимального напряжения Uзгm;secondly, the discharge mode of SPIN9 to capacitive storage (EH) of a multistage capacitive generator (EG) - see Fig. 10 for their charge to the required maximum voltage U sgm ;

в-третьих, режим предзаряда СПИН9 энергией перезаряда ЕН ЕГ недоиспользованной в индуктивной нагрузке магнитной энергией;thirdly, the SPIN9 precharge mode of the overcharge energy of the ЕН ЕГ underused magnetic energy in the inductive load;

в четвертых, режим последующих дозарядов СПИН9 от источника 11 электропитания через зарядное устройство 10.fourthly, the mode of subsequent SPIN9 recharges from the power supply 11 through the charger 10.

Режим первого заряда СПИН9 до максимального тока I9m или энергии W9m осуществляется следующим образом. Приблизительно за 90-300 с до начала его заряда СПИН9 от источника 11 электроэнергии через зарядное устройство 12.4, например, типа двухфазного преобразователя неизменной мощности (ДПИМ) /8/ заряжают (см. фиг.3) емкостной накопитель (ЕН) 12.1 до требуемого максимального напряжения U12.1m. Затем открывают прямой управляемый ключ 12.2 и накопленная в ЕН 12.1 энергия

Figure 00000005
за время его разряда tp12.1 порядка десятых долей секунды - несколько секунд передается в управляющую обмотку 7 СКП, заряжая ее практически по синусоиде током i7≈ I7msinω 2t до требуемого максимального тока (при круговой частоте
Figure 00000006
The mode of the first charge of SPIN9 to the maximum current I 9m or energy W 9m is as follows. Approximately 90-300 s before the start of its charge, SPIN9 from the power source 11 through the charger 12.4, for example, of the type of a two-phase constant power converter (DPIM) / 8 / charge (see Fig. 3) a capacitive storage device (EN) 12.1 to the required maximum voltage U 12.1m . Then open the direct controlled key 12.2 and the energy stored in EN 12.1
Figure 00000005
during its discharge, t p12.1 of the order of tenths of a second, it is transferred to the control winding 7 of the SKP for several seconds, charging it practically in a sinusoid with current i 7 ≈ I 7m sinω 2 t to the required maximum current (at a circular frequency
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

где L7 - индуктивность управляющей обмотки 7, а С12.1 - емкость ЕН 12.1, по цепи: верхний вывод ЕН 12.1 - ключ 12.2 - датчик тока ДТ - обмотка 7 - нижний вывод ЕН 12.1. Когда ток i7 достигает своего максимального значения I7m, открывают прямой блокирующий ключ 12.3 и одновременно закрывают управляемый прямой ключ 12.2. Затем через преобразователь 12.6.7 пониженное им напряжение источника 11 электропитания подается на двухтактный преобразователь 12.6 /5/ с практически неизменным выходным током I12.6.7=I7m≈ const. Этот ток I12.6.7=I7m по цепи: катоды низковольтных ключей 12.6.2 и 12.6.4 мостовой схемы - открытый развязывающий тиристор 12.6.8 - датчик тока ДТ - обмотка 7 - анод высоковольтного диода 12.6.6 - выходной вывод преобразователя 12.6.7 подается на управляющую обмотку 7 СКП, а блокирующий прямой ключ 12.3 закрывают блоком управления. При токе i7=I7m создаваемая им магнитная индукция управляющей обмотки 7 во всей области расположения основной обмотки 1 СКП превышает ее критическое значение и последняя переходит из сверхпроводящего в резистивное состояние со сравнительно большим активным сопротивлением порядка несколько тысяч ом - нескольких десятков тысяч ом. После этого осуществляют заряд СПИН9 от источника 11 электропитания через зарядное устройство 10 в основном неизменной зарядной мощностью с учетом выражения (2), определяемой выражением:where L 7 is the inductance of the control winding 7, and C 12.1 is the capacitance of EN 12.1, along the circuit: upper terminal of EN 12.1 - key 12.2 - current sensor DT - winding 7 - lower terminal of EN 12.1. When the current i 7 reaches its maximum value I 7m , open the direct blocking key 12.3 and at the same time close the controlled direct key 12.2. Then, through the converter 12.6.7, the voltage of the power supply source 11 reduced by it is supplied to the push-pull converter 12.6 / 5 / s with a practically unchanged output current I 12.6.7 = I 7m ≈ const. This current I 12.6.7 = I 7m along the circuit: cathodes of low-voltage switches 12.6.2 and 12.6.4 of the bridge circuit - open decoupling thyristor 12.6.8 - current sensor DT - winding 7 - anode of the high-voltage diode 12.6.6 - output terminal of the converter 12.6 .7 is supplied to the control winding 7 of the UPC, and the blocking direct key 12.3 is closed by the control unit. At current i 7 = I 7m, the magnetic induction of the control winding 7 created by him in the entire area of the main winding 1 of the UPC exceeds its critical value and the latter passes from the superconducting to the resistive state with a relatively large active resistance of the order of several thousand ohms - several tens of thousands of ohms. After that, charge SPIN9 from the power supply 11 through the charger 10 is carried out basically unchanged charging power, taking into account the expression (2), defined by the expression:

Figure 00000008
Figure 00000008

и который поясняется на примере фиг.5а и 5б.and which is illustrated by the example of figa and 5b.

Полумостовая схема регулируемого преобразователя 10.1 с трансформаторным выходом 10.1.3 поочередным переключением двух ее транзисторов 10.1.1 10.1.2 преобразует выходное напряжение делителя напряжения (на двух конденсаторах 10.1.4.и 20.1.5) постоянной величины U10.1.4=U10.1.5 U11/2 в разнополярные прямоугольные импульсы неизменных амплитуды Uтр.вх=U11/2 и частоты f, но разной длительности tn, на первичной обмотке трансформатора 10.1.3. Длительность импульса определяется скважностью q=Tn/(2tn), где Tn=1/f - длительность периода следования разнополярных импульсов. Так как длительность каждого разнополярного импульса tn=Tn/(2q)=l/(2qf) много меньше постоянной времени зарядной цепи СПИН9 τ зу9=L9/rзу9, составляющей несколько тысяч секунд (где rзу9 - приведенное ко вторичной обмотке трансформатора 10.1.3 активное сопротивление зарядной цепи СПИН9), то эти разнополярные импульсы напряжения создают в первичной обмотке трансформатора 10.1.3 поочередно линейно увеличивающиеся по абсолютной величине импульсы тока разной полярности, а значит и такие же импульсы магнитного потока в сердечнике трансформатора 10.1.3. Эти импульсы магнитного потока индуцируют в половинках вторичной обмотки трансформатора 10.1.3 прямоугольные разнополярные импульсы разной длительности tn, но постоянной амплитуды Uтp.2=Uтр.вхW2/W1, где W2 и W1 - число витков в половинках вторичной обмотки и в первичной обмотке трансформатора и частоты f. Среднее за период напряжение на каждой половине вторичной обмотки трансформатора 10.1.3 определяется очевидным соотношением:A half-bridge circuit of an adjustable converter 10.1 with a transformer output 10.1.3 by alternately switching its two transistors 10.1.1 10.1.2 converts the output voltage of the voltage divider (on two capacitors 10.1.4.and 20.1.5) of a constant value U 10.1.4 = U 10.1. 5 U 11/2 in bipolar rectangular pulses of constant amplitude tr.vh U = U 11/2 and the frequency f, but different duration t n, the primary winding of the transformer 10.1.3. The pulse duration is determined by the duty cycle q = T n / (2t n ), where T n = 1 / f is the length of the repetition period of bipolar pulses. Since the duration of each bipolar pulse t n = T n / (2q) = l / (2qf) is much shorter than the time constant of the charging circuit SPIN9 τ zu9 = L 9 / r zu9 , amounting to several thousand seconds (where r zu9 is reduced to the secondary winding transformer 10.1.3 active resistance of the charging circuit SPIN9), then these bipolar voltage pulses create in the primary winding of the transformer 10.1.3 alternately linearly increasing in absolute value current pulses of different polarity, and hence the same magnetic flux pulses in the core of the transformer 10.1.3. These magnetic flux pulses induce in rectangular halves of the secondary winding of the transformer 10.1.3, rectangular bipolar pulses of different durations t n , but of constant amplitude U mp 2 = U mp 3 W 2 / W 1 , where W 2 and W 1 is the number of turns in the halves secondary winding and in the primary winding of the transformer and frequency f. The average voltage for the period on each half of the secondary winding of the transformer 10.1.3 is determined by the obvious ratio:

Figure 00000009
Figure 00000009

где kтр.=w2/w1 - коэффициент трансформации трансформатора.where k tr = w 2 / w 1 - transformation ratio of the transformer.

В начале первого заряда СПИН9 блок управления устанавливает максимальную величину среднего за период напряжения при q=1 uтр.=Uтр.м=Uтр.вхkTp порядка десяти вольт и поддерживает его неизменным в течение времени t заряда от t=0 до времени t=tон начала заряда ТСПИН9 неизменной зарядной мощностью (см.фиг.4б). При uтр.=Uтр.м=const ток i9 заряда СПИН9 увеличивается по экспоненциальному закону.At the beginning of the first charge of SPIN9, the control unit sets the maximum value of the average voltage over a period at q = 1 u tr. = U tr.m = U tr.input k Tp of the order of ten volts and keeps it unchanged during charge time t from t = 0 to time t = t it starts to charge TSPIN9 with constant charging power (see Fig.4b). When u Tr. = U Tr m = const current i 9 of the SPIN9 charge increases exponentially.

Figure 00000010
Figure 00000010

которое при tон≤ 0,2 τ зу9 с относительной погрешностью меньше 2,14% примет более простой видwhich at t it ≤ 0.2 τ zu9 with a relative error of less than 2.14% will take a simpler form

Figure 00000011
Figure 00000011

При времени заряда в диапазоне t≤ t≤ tзк=tзм, когда Uтрк≤ uтр≤ Uтрм, заряд СПИН9 осуществляется неизменной зарядной мощностью Рз9трн=const в соответствии с выражением (4), а ток i9 его заряда определяется выражением:When the charge time in the range t OH ≤ t≤ t sk = t gp when U dispenser Tp ≤ u ≤ U TPM SPIN9 charge carried constant charging power P z9 = P = const TRN in accordance with the expression (4), and the current i 9 of its charge is determined by the expression:

Figure 00000012
Figure 00000012

где L9 – индуктивность СПИН9, а τ зу9= L9/rзу9 – постоянная времени его зарядной цепи.where L 9 is the inductance of SPIN9, and τ zu9 = L 9 / r zu9 is the time constant of its charging circuit.

При этом выходное напряжение трансформатора 10.1.3 должно изменяться в соответствии с соотношением:In this case, the output voltage of the transformer 10.1.3 should be changed in accordance with the ratio:

Figure 00000013
Figure 00000013

Время начала заряда неизменной зарядной мощностью tонс, соответствующий ему ток i9=i и величину максимального выходного напряжения трансформатора 10.1.3 определяют совместным решением выражений (6 и 7), (8) и (9).The start time of the charge with a constant charging power t ons , the corresponding current i 9 = i оn and the maximum output voltage of the transformer 10.1.3 are determined by the joint solution of expressions (6 and 7), (8) and (9).

В конце заряда СПИН9 при t=tзк=tзм ток заряда i9 достигает своего максимального значения I9m, а соответствующее этому моменту конечное выходное напряжение трансформатора с учетом выражения (2)At the end of the SPIN9 charge, at t = t sk = t sm , the charge current i 9 reaches its maximum value I 9m , and the final output voltage of the transformer corresponding to this moment taking into account expression (2)

Figure 00000014
Figure 00000014

При кратковременной полочке неизменного тока i9=I9m=const ЭДС самоиндукции СПИН9 L9di9/dt=0, Рз9=0 и выходное напряжение трансформатора Uтрн равно падению напряжения на диоде 10.2.1 или 10.2.2 и развязывающем тиристоре 10.3 Δ Uд,т.=rд,тI9m, гдеWith a short-term shelf of constant current i 9 = I 9m = const EMF of self-induction SPIN9 L 9 di 9 / dt = 0, P s9 = 0 and the output voltage of the transformer U tr is equal to the voltage drop across the diode 10.2.1 or 10.2.2 and the decoupling thyristor 10.3 Δ U d, t = r d, t I 9m , where

Figure 00000015
Figure 00000015

- их среднее активное сопротивление.- their average active resistance.

Так как среднеквадратичное напряжение самоиндукции на СПИН9 всегда меньше максимального выходного напряжения трансформатора 10.1.3.Since the RMS self-induction voltage at SPIN9 is always less than the maximum output voltage of the transformer 10.1.3.

Figure 00000016
Figure 00000016

то при принятом нами активном сопротивлении основной обмотки 1 в ее резистивном состоянии r1p=4000 Ом джоулевы потери мощности в ней Δ Р1Дж и дополнительная хладопроизводительность криорефрижераторной установки Q ку 1Дж для их отвода из криостата СКП всегда меньше их предельно возможной величиныthen, with the active resistance of the main winding 1 adopted by us in its resistive state r 1p = 4000 Ohms, the Joule power loss in it Δ P 1J and the additional refrigeration capacity of the cryorefrigeration unit Q ku 1 J for their removal from the cryostat, the SKP is always less than their maximum possible value

Figure 00000017
Figure 00000017

или пренебрежимо малы, так как составляют для предлагаемого СКП менее одного процента от требуемой суммарной хладопроизводительности криорефрижераторной установки.or negligible, since for the proposed SKP less than one percent of the required total refrigerating capacity of the cryorefrigerator installation is.

Для перевода СПИН9 в режим хранения накопления в нем магнитной энергии в момент достижения требуемого максимального зарядного тока i9=I9m блок управления скачком уменьшает выходное напряжение трансформатора 10.1.3 от его конечной (Vтри) до номинальной (Uтрн) величины, что устанавливает кратковременную полочку неизменного тока I9m=const (см. фиг.4б и 5б), прекращает подачу практически неизменного тока i7=I7m≈ const через низковольтную мостовую схему преобразователя 12.6 на управляющую обмотку и одновременно открывает прямой управляемый ключ 12.2 блока 12 питания управляющей обмотки 7 СКП. Накопленная в обмотке 7 магнитная энергия

Figure 00000018
по цепи: обмотка 7 - EH 12.1-управляемый ключ 12.2 - датчик тока ДТ - обмотка 7 возвращается в емкостной накопитель (ЕН) 12.1 и заряжает его обратной полярностью напряжения, ток (7) уменьшается практически по косинусоиде i7≈ I7mcosω 7t от i7≈ I7m при w7t= 0 до i7= 0 при ω 7/2=π /2 за время tπ /2 порядка нескольких десятых долей секунды - нескольких секунд, и при приближении тока i7 к нулю прямой управляемый ключ 12.2 естественным образом закрывается. При уменьшении тока в управляющей обмотке 7 уменьшается создаваемая ей в области расположения основной обмотки 1 магнитная индукция и при уменьшении последней ниже критического значения за время порядка 1 мс /1, 3/ основная обмотка 7 СКП снова переходит в сверхпроводящее состояние и замыкает через себя максимальный ток I7m СПИН9, а блок управления скачком уменьшает выходное напряжение трансформатора 10.1.3 до нуля. После этого включается зарядное устройство 12.4’ и ЕН 12.1 периодически дозаряжается до требуемого максимального напряжения –U10.1m обратной полярности, компенсируя его саморазряд и потери энергии в ключе 10.2 во время описанного выше перезаряда ЕН 12.1 магнитной энергией управляющей обмотки.To put SPIN9 into storage mode of magnetic energy storage in it at the moment of reaching the required maximum charging current i 9 = I 9m , the jump control unit reduces the output voltage of the transformer 10.1.3 from its final (V three ) to the nominal (U tr ) value, which sets a short-term shelf of constant current I 9m = const (see figs. 4b and 5b), stops the flow of almost constant current i 7 = I 7m ≈ const through the low-voltage bridge circuit of converter 12.6 to the control winding and at the same time opens a direct controlled key 12.2 block and 12 power control winding 7 SKP. Magnetic energy stored in winding 7
Figure 00000018
along the circuit: winding 7 - EH 12.1-controlled switch 12.2 - current sensor DT - winding 7 returns to the capacitive storage (ЕН) 12.1 and charges it with reverse voltage polarity, current (7) decreases almost by the cosine i 7 ≈ I 7m cosω 7 t from i 7 ≈ I 7m for w 7 t = 0 to i 7 = 0 for ω 7/ 2 = π / 2 for a time tπ / 2 of the order of several tenths of a second - several seconds, and when the current i 7 approaches zero the straight line managed key 12.2 naturally closes. With a decrease in the current in the control winding 7, the magnetic induction created by it in the region of the main winding 1 decreases, and when the latter decreases below a critical value in a time of the order of 1 ms / 1, 3 /, the main winding 7 of the UPC returns to the superconducting state and closes the maximum current through itself I 7m SPIN9, and the jump control unit reduces the output voltage of transformer 10.1.3 to zero. After that, the charger 12.4 'is turned on and EN 12.1 is periodically recharged to the required maximum voltage –U 10.1m of reverse polarity, compensating for its self-discharge and energy loss in the key 10.2 during the overcharge of ЕН 12.1 described above with the magnetic energy of the control winding.

Режим разряда СПИН9 на емкостные накопители (ЕН) многокаскадного емкостного генератора (ЕГ) Аркадьева-Маркса (см. фиг.10), для их заряда до требуемого максимального напряжения Uзгm осуществляется следующим образом. Блок управления открывает обратный управляемый ключ 12.2’ и накопленная в ЕН 12.1 энергия передается в обмотку управления 7 по цепи: нижний вывод ЕН 12.1 - обмотка 7 - датчик тока ДТ - обратный ключ 12.2’ обмотка 7 описанным выше путем за время tπ /2 запитывает ее практически по синусоиде от i7=0 до максимального тока – I7m обратного направления. Затем блок управления включает преобразователь 12.6’ практически неизменного выходного тока обратного направления и описанным выше путем этот ток i7=I7m≈ const передается в управляющую обмотку 7 и поддерживается в ней неизменным в течение времениThe discharge mode SPIN9 on capacitive storage (EH) of a multistage capacitive generator (EG) Arkadyev-Marx (see figure 10), for their charge to the required maximum voltage U sgm as follows. The control unit opens the reverse controlled key 12.2 'and the energy accumulated in ЕН 12.1 is transferred to the control winding 7 through the circuit: lower terminal ЕН 12.1 - winding 7 - current sensor ДТ - return switch 12.2' the winding 7 feeds it through the above-described way for tπ / 2 during tπ / 2 almost in a sinusoid from i 7 = 0 to the maximum current - I 7m of the opposite direction. Then, the control unit includes a converter 12.6 'of a practically unchanged output current of the reverse direction and, as described above, this current i 7 = I 7m ≈ const is transmitted to the control winding 7 and is kept constant throughout it over time

Figure 00000019
Figure 00000019

порядка нескольких десятков секунд, где Сзг - зарядная емкость многокаскадного ЕН. Основная обмотка 1 СКП описанным выше путем переходит в резистивное состояние, которое поддерживается током I7m в течение времени tπ /2(ЕГ), а накопленная в СПИН9 магнитная энергия при открытом в начале этого времени развязывающем управляемом ключе Т3 ЕГ через блокирующие индуктивности Lб передается в емкостные накопители всех nк каскадов ЕГ, заряжая их практически косинусоидально изменяющимся током i9≈ I9mcosω t в течение времени tπ /2(ЕГ) до требуемого максимального зарядного напряжения Uзгm порядка ~1000 В. При приближении разрядного тока i9 СПИН9 к нулю развязывающий тиристор Т3 ЕГ естественным образом закрывается, затем описанным выше путем при открытии обратного ключа 12.2’ магнитная энергия обмотки управления 7 возвращается в ЕН 12.1, перезаряжая его прямой полярностью напряжения, а основная обмотка 1 СКП, как описано выше, переводится снова в сверхпроводящее состояние, а ЕН 12.1 периодически подзаряжается от источника 11 электропитания через зарядное устройство 12.4. В этом режиме средние за время tπ /2(ЕГ) джоулевы потери мощности и энергии в основной обмотке 1 СКП определяются соотношениями

Figure 00000020
Figure 00000021
и составят порядка нескольких сотен ватт и несколько тысяч джоулей соответственно. После этого блок управления открывает сверхмощные быстродействующие ключи КК односторонней проводимости (преимущественно тиристорного типа) в каскадах емкостного генератора, емкостные накопители каскадов Ск ЕГ соединяются последовательно-согласно друг с другом и с импульсной индуктивной нагрузкой (ИН) и к последней прикладывается максимальное разрядное напряжение ЕГ Uprm=nkUзгm порядка нескольких десятков вольт. Следует разряд ЕН ЕГ на импульсную индуктивную нагрузку, при котором энергия разряда ЕГ
Figure 00000022
с кпд, например, порядка η иин≈ 5-10 процентов, преобразуется в полезную энергию, а основная доля недоиспользованной магнитной энергии ИН возвращается в ЕН ЕГ, перезаряжая их напряжением обратной полярности.of the order of several tens of seconds, where C zg is the charging capacity of a multi-stage EN. The main winding 1 of the UPC, as described above, passes into a resistive state, which is maintained by current I 7m for a time tπ / 2 (EG) , and the magnetic energy stored in SPIN9 when the decoupling controlled key T3 EG is opened at the beginning of this time is transmitted through blocking inductances L b a capacitive storage of all EG to n stages, charging them substantially cosinusoidal current variable i 9 ≈ i 9m cosω t 9d over time tπ / 2 (Er) to a desired maximum charging voltage U ~ zgm about 1000 V. When approaching the discharge current i 9 SPIN9 to zero, the decoupling thyristor T3 EG naturally closes, then, as described above, when the return key 12.2 'is opened, the magnetic energy of the control winding 7 is returned to EN 12.1, recharging it with a direct voltage polarity, and the main winding 1 of the UPC, as described above, is transferred again to superconducting state, and EN 12.1 is periodically recharged from the power supply 11 through the charger 12.4. In this mode, the average Joule losses of power and energy in the main winding 1 of the UPC over the time tπ / 2 (EG) are determined by the relations
Figure 00000020
Figure 00000021
and amount to several hundred watts and several thousand joules, respectively. After that, the control unit opens the heavy-duty high-speed keys KK single-sided conductivity (mainly thyristor type) in the stages of the capacitive generator, the capacitive storage of stages C to the EG are connected in series with each other and with a pulsed inductive load (IN) and the maximum discharge voltage EG is applied to the latter U prm = n k U Згm of the order of several tens of volts. It follows the discharge ЕН ЕГ for a pulsed inductive load, at which the discharge energy ЕГ
Figure 00000022
with an efficiency of, for example, of the order of η iin ≈ 5-10 percent, it is converted into useful energy, and the main part of the underused magnetic energy IN is returned to the ЕН ЕГ, recharging them with reverse polarity voltage.

Режим перезаряда СПИН9 энергией перезаряда ЕН ЕГ недоиспользованной в импульсной индуктивной нагрузке (ИИН) энергией осуществляется следующим образом. Описанным выше путем энергия емкостного накопителя 12.1 за время tπ /2 передается в обмотку управления 7 СКП, запитывая ее до максимального тока i7=I7m. Затем блок управления включает преобразователь 12.6 практически неизменного выходного тока i7=I7m≈ const и поддерживает этот ток неизменным в течение времени разряда ЕН ЕГ СПИН9 tpг9=tπ /2(EГ) - см. выражение (13) - порядка нескольких десятков секунд. В начале этого времени, когда основная обмотка 1 СКП перейдет в резистивное состояние, блок управления открывает развязывающий тиристор Т3 ЕГ и энергия перезаряда ЕН ЕГThe mode of recharging SPIN9 by the energy of recharging the ЕН ЕГ underused energy in a pulsed inductive load (IIN) is as follows. By the method described above, the energy of the capacitive storage 12.1 for a time tπ / 2 is transferred to the control winding 7 of the SKP, feeding it to the maximum current i 7 = I 7m . Then, the control unit includes a converter 12.6 of practically constant output current i 7 = I 7m ≈ const and keeps this current unchanged during the discharge time ЕН ЕГ СПИН9 t pг9 = tπ / 2 (ЕГ) - see expression (13) - of the order of several tens of seconds . At the beginning of this time, when the main winding 1 of the UPC switches to the resistive state, the control unit opens the decoupling thyristor T3 EG and the recharge energy ЕН ЕГ

Figure 00000023
Figure 00000023

где η иин - кпд преобразования энергии ЕГ индуктивной импульсной нагрузкой в полезную энергию (работу);where η iin is the efficiency of converting the EG energy by an inductive pulse load into useful energy (work);

τ ср - постоянная времени саморазряда импульсных емкостных накопителей порядка 3000 с;τ cf is the self-discharge time constant of pulsed capacitive storage devices of the order of 3000 s;

Δ tож - время ожидания между концом перезаряда ЕН ЕГ излишней энергией магнитного поля ИИМ;Δ t aw is the waiting time between the end of the overcharge ЕН ЕГ by the excess energy of the magnetic field IMI;

η зг и η рпг – кпд заряда ЕН ЕГ от СПИН9 и кпд разряда-перезаряда ЕГ на ИИН и наоборот ИИН на ЕГ порядка 0,99 и 0,983 соответственно передается в СПИН с КПД η пр9 порядка 0,99 и перезаряжает его энергией Wпр9= Wпзгη пр9. Например, при W9m= 5 МДж; η ИИН= 0,05; tπ /2 ( ЕГ) = 16,6; Δ tож≈ 103 с; η р≈ η зг≈ 0,99 и η ргг≈ 0,983 и τ ср= 3000 с с учетом выражения ( 14) получим Wпр9≈ 4,14 мДж. Затем следует описанный выше перевод СПИН9 в режим хранения накопленной энергии.η sr and η rpg - the efficiency of the ЕН ЕГ charge from SPIN9 and the efficiency of the ЕГ charge-discharge ЕГ to IIN and vice versa IIN to ЕГ of the order of 0.99 and 0.983, respectively, is transferred to the SPIN with an efficiency of η pr9 of the order of 0.99 and recharges it with energy W pr9 = W pzg η pr9 . For example, at W 9m = 5 MJ; η IIN = 0.05; tπ / 2 (EG) = 16.6; Δ t wait ≈ 103 s; η p ≈ η zg ≈ 0.99 and η rgg ≈ 0.983 and τ cf = 3000 taking into account expression (14) we obtain W pr9 ≈ 4.14 mJ. Then follows the transfer of SPIN9 described above to the stored energy storage mode.

Режим последующих дозарядов СПИН9 от начального тока

Figure 00000024
до требуемого максимального тока I9m (энергии W9m) осуществляется следующим образом. Описанным выше путем основная обмотка 1 СКП переводится из сверхпроводящего в резистивное состояние. Затем бок управления включает регулируемый преобразователь 10.1 и устанавливает соответсвующее начальному току дозаряда Iод9 выходное напряжение трансформатора 10.1.3 и путем уменьшения выходного напряжения трансформатора uтр (см. фиг.4б и 5б) в соответствии с выражением (9) осуществляет дозаряд СПИН9 в режиме неизменной мощности Рз9трн=const от начального тока дозаряда i9=Iод9 до требуемого максимального тока i9=I9m. После описанным выше путем СПИН9 переводится в режим хранения накопленной в нем энергии W9m. И так далее циклически.The mode of subsequent SPIN9 recharges from the initial current
Figure 00000024
to the required maximum current I 9m (energy W 9m ) as follows. As described above, the main winding 1 of the UPC is transferred from the superconducting to the resistive state. Then, the control side includes an adjustable converter 10.1 and sets the output voltage of the transformer 10.1.3 corresponding to the initial charge current I od9 and, by reducing the output voltage of the transformer u tr (see fig. 4b and 5b), in accordance with expression (9), performs SPIN9 charging in the mode constant power P s = P tr = const from the initial charge current i 9 = I od9 to the required maximum current i 9 = I 9m . After that, as described above, SPIN9 is transferred to the storage mode of the energy W 9m accumulated in it. And so on cyclically.

Время последующего дозаряда СПИН9 неизменной зарядной мощностью Ртрн=const определяется следующим очевидным соотношениемThe time of the subsequent recharge of SPIN9 with a constant charging power P tr = const is determined by the following obvious relation

Figure 00000025
Figure 00000025

и для рассмотренного выше примера при Ртрн=3120 Вт составит 279 с. Так как при разряде СПИН9 на ЕН ЕГ и предзаряде СПИН9 от ЕН ЕГ в основной обмотке 1 СКП энергия джоулевых потерь за время tπ /2(ЕГ) составитand for the example considered above at P tr = 3120 W will be 279 s. Since, when discharging SPIN9 on the ЕН ЕГ and pre-charging SPIN9 from ЕН ЕГ in the main winding 1 of the ACS, the energy of joule losses over time tπ / 2 (ЕГ) will be

Figure 00000026
Figure 00000026

а время отвода этой энергии из криостата криорефрижераторной установки toxл.1=tдз9+Δ tож+2tπ /2(EГ), то дополнительная мощность криорефрижераторной установки в ее формированном режиме работы для отвода джоулевых потерь энергии в основной обмотке 1 СКП определяется следующим выражениемand the time of removal of the energy from the cryostat kriorefrizheratornoy installation oxl.1 t = t + Δ t dz9 standby + 2tπ / 2 (EG), the additional power kriorefrizheratornoy installation in its shape the operation for discharging the Joule losses of energy in the primary winding 1 is defined as follows UPC expression

Figure 00000027
Figure 00000027

Например, для параметров приведенного выше примера: при Uзгm=945 В; tπ /2(ЕГ)=16,6 с; r1p=4000 Ом; toxл.1=399 с и UтрОД≈ 7В по выражению (17) получим Δ Qку охл.1≈ 26,3 Вт.For example, for the parameters of the above example: at U Згm = 945 V; tπ / 2 (EG) = 16.6 s; r 1p = 4000 Ohms; t oxl. 1 = 399 s and U trOD ≈ 7V according to expression (17) we obtain Δ Q ku cooling 1 ≈ 26.3 W.

Для доказательства выполнения поставленного технического результата или цели изобретения были произведены сравнительные расчеты основных характеристик предлагемого и базового /1, 4/ СКП с магнитным управлением работой тороидального сверхпроводящего индуктивного накопителя при следующих исходных параметрах:To prove the fulfillment of the technical result or the purpose of the invention, comparative calculations were made of the main characteristics of the proposed and basic / 1, 4 / SKP with magnetic control of the operation of a toroidal superconducting inductive drive with the following initial parameters:

- рабочая температура основной 1 и управляющей 7 обмоток 99 К и 77 К у предлагаемого СКП, а у базового СКП - 99 К и 99 К соответственно;- the operating temperature of the main 1 and 7 control windings of 99 K and 77 K for the proposed SKP, and for the base SKP - 99 K and 99 K, respectively;

- удельное электрическое сопротивление ВТСП пленок основной обмотки 1 ρ пл=1· 10-7 Ом/м /1, 4/;- electrical resistivity of HTSC films of the main winding 1 ρ PL = 1 · 10 -7 Ohm / m / 1, 4 /;

- минимальная магнитная индукция управляющей обмотки 7 в области расположения основной обмотки 1, при которой вся обмотка 1 переходит в резистивное состояние при нулевом транспортном токе 6,8 Тл - см. фиг.7а и 7б - построенные по данным /3, 9/;- the minimum magnetic induction of the control winding 7 in the area of the main winding 1, in which the entire winding 1 goes into a resistive state at a zero transport current of 6.8 T - see figa and 7b - built according to / 3, 9 /;

- критическая и рабочая плотности тока в ВТСП пленках основной обмотки и 1 от транспортного тока при отсутствии тока в управляющей обмотке jмк≈ 1,1· 109 А/м2 и jплр≈ 0,7· 109 А/м2 (при температуре 99 К);- critical and working current density in HTSC films of the main winding and 1 from the transport current in the absence of current in the control winding j μ ≈ 1.1 · 10 9 A / m 2 and j plr ≈ 0.7 · 10 9 A / m 2 ( at a temperature of 99 K);

- характеристики тороидального СПИН9: максимальный рабочий ток в обмотке I9m=1000 A; запасаемая в нем магнитная энергия при I9m W9m=5 МДж; индуктивность L9=10 Гн; требуемая для охлаждения обмотки СПИН9 до температуры 77 К максимальная и минимальная хладопроизводительность криорефрижераторной установки Qку9м=2,288 Bт и Qку9м=1,655 Вт;- characteristics of the toroidal SPIN9: maximum operating current in the winding I 9m = 1000 A; magnetic energy stored in it at I 9m W 9m = 5 MJ; inductance L 9 = 10 H; the maximum and minimum refrigerating capacity required for cooling the SPIN9 winding to a temperature of 77 K is Q cryo refrigerator installation Q ку9м = 2,288 W and Q ку9м = 1,655 W;

- характеристики импульсной индуктивной нагрузки (ИИН): передаваемая от ЕН ЕГ в ИИН энергия 4900 кДж; кпд преобразования этой энергии в полезную работу (энергию) η иин=0,05; индуктивность Lиин=1,562· 10-6 Гн; время передачи энергии от ЕН ЕГ в ИИН 0,001 с;- characteristics of the pulsed inductive load (IIN): energy of 4900 kJ transmitted from the EH to the IIN; the efficiency of converting this energy into useful work (energy) η iin = 0.05; inductance L iin = 1,562 · 10 -6 H; the time of energy transfer from the EH to IIN 0.001 s;

- характеристики емкостного генератора: требуемые разрядная емкость и разрядное напряжение Срг=0,06485 Ф и Uprm=12290 В; максимальное зарядное напряжение ЕН ЕГ Uзгm=945 В; зарядная емкость ЕН ЕГ Сэг=11,17 Ф; время передачи энергии из СПИН9 в Ен ЕГ tπ /2(ЕГ)=16,6 с;- the capacitive characteristics of the generator: the required discharge capacity and discharge voltage of C p = 0.06485 F and U prm = 12290 B; maximum charging voltage ЕН ЕГ U згm = 945 V; the charging capacity of the EN EG With eG = 11.17 F; energy transfer time from SPIN9 to the ЕН ЕГ tπ / 2 (ЕГ) = 16.6 s;

- активное сопротивление основной обмотки 1 в резистивном состоянии r1p=4000 Ом;- the active resistance of the main winding 1 in the resistive state r 1p = 4000 Ohms;

- средний радиус и длина основной обмотки 1 R001=0,25 м и l001=0,34 м;- the average radius and length of the main winding 1 R 001 = 0.25 m and l 001 = 0.34 m;

- электроизоляция ВТСП ленты основной обмотки со стандартной толщиной hиз=0,05 мм выполнена из полиэтилена с массовой плотностью 940 кг/м3, а электроизоляция обмотки управления 7 - из высокопрочного оргопластика с массовой плотностью 1350 кг/м3;- the electrical insulation of the HTSC tape of the main winding with a standard thickness h of = 0.05 mm is made of polyethylene with a mass density of 940 kg / m 3 , and the electrical insulation of the control winding 7 is made of high-strength organoplastics with a mass density of 1350 kg / m 3 ;

- толщина многослойной экранно-вакуумной теплоизоляции криостата СКП толщиной 0,5 см, рассчитанный по данным /10/ удельный теплоприток в криостат через ее поверхность с учетом краевых эффектов 0,17 Вт/м2, а ее средняя массовая плотность 120 кг/м3;- the thickness of the multilayer screen-vacuum thermal insulation of the SKP cryostat 0.5 cm thick, calculated according to the data / 10 / specific heat gain into the cryostat through its surface, taking into account edge effects 0.17 W / m 2 and its average mass density of 120 kg / m 3 ;

- стенки криостата (СКП) и его опоры длиной 0,5 см выполнены из высокопрочного углепластика, а каждая опора представляет собой стопку углепластиковых дисков с толщиной каждого 0,02 мм и с удельной теплопроводностью опор 0,0026 Вт (см. град) /10/, при которой рассчитанный в соответствии с методикой /10/ удельный теплоприток в криостат СКП через его опоры при перепаде температур от 300 К до 77 К составит qoп=Qoп/Foп=1,444· 10-5 Вт/Н, где Foп - действующая на опоры сила;- the walls of the cryostat (SKP) and its supports 0.5 cm long are made of high-strength carbon fiber, and each support is a stack of carbon-plastic disks with a thickness of each 0.02 mm and with a specific thermal conductivity of the supports of 0.0026 W (see deg) / 10 / at which the calculated in accordance with the procedure / 10 / specific heat leakage into the cryostat UPC through its support when the temperature difference of 300 K to 77 K will be q = Q OP OP / OP F = 1.444 × 10 -5 W / H, where F oп - force acting on the supports;

- удельная энергия импульсного емкостного накопителя 12.1, 2 кДж/кг /11/;- the specific energy of the pulse capacitive storage 12.1, 2 kJ / kg / 11 /;

- массовая плотность висмутосодержащей ВТСП пленки 3790 кг/м3 /9/;- a mass density vismutosoderzhaschey HTS film 3790 kg / m 3/9 /;

- отношение ширины ВТСП ленты в проводе основной обмотки 1 к ее толщине равно 10-и;- the ratio of the width of the HTSC tape in the wire of the main winding 1 to its thickness is 10;

- максимальный и минимальный удельный теплоприток через термодинамически оптимизированные медные или алюминиевые тоководы длиной 3,0 см в криостат СКП при их средней в диапазоне температур от 300 К до 77 К удельных теплопроводности и электропроводности 0,045 Вт/ (см. град) или 0,0205 Вт/ (см. град) и (1 или 1,45)· 10-8 Ом· м составил qтвм=Qтвм/Iтв=(6,33 или 5,15)· 10-4 Вт/А и qтpm=Qтвm/Iтв=(3,16 или 2,575)· 10-4 Вт/А;- maximum and minimum specific heat gain through thermodynamically optimized copper or aluminum current leads 3.0 cm long to the SKP cryostat with their average thermal conductivity and conductivity of 0.045 W / (see deg) or 0.0205 W in the temperature range from 300 K to 77 K / (see deg) and (1 or 1.45) · 10 -8 Ohm · m was q tvm = Q tvm / I tv = (6.33 or 5.15) · 10 -4 W / A and q tpm = Q TVM / I TV = (3.16 or 2.575) · 10 -4 W / A;

- в качестве ЗУ 10 СКПБ применено известное трехфазное ЗУ неизменной мощности /12/ с максимальным выходным напряжением U10вых=150 В.- as the memory 10 of SKPB, the well-known three-phase memory of constant power / 12 / with a maximum output voltage of U 10 out = 150 V is used.

По разработанной нами методике получены следующие характеристики предлагаемого СКП и базового СКП (СКПБ):Using the method developed by us, the following characteristics of the proposed SKP and the base SKP (SKPB) were obtained:

- длина ленты основной обмотки 1 57200 м и ее масса mмл=310 кг для СКПП и СКПБ;- the length of the tape of the main winding 1 57200 m and its mass m ml = 310 kg for SKPP and SKPB;

- масса обмоточного провода основной обмотки 1 mпр1=330,4 кг для СКПП и СКПБ;- the mass of the winding wire of the main winding 1 m CR1 = 330.4 kg for SKPP and SKPB;

- перегрев основной обмотки 1 джоулевыми потерями энергии при разряде перезаряде СПИН9 за время 16,6 с и 16,6 с (суммарное время 33,2 с) составил всего 0,0806 К, что пренебрежимо мало;- overheating of the main winding 1 by Joule energy losses during the discharge of the SPIN9 overcharge for 16.6 s and 16.6 s (total time 33.2 s) was only 0.0806 K, which is negligible;

- средний радиус основной обмотки 10,25 м и ее длина 0,34 м для СКПП и СКПБ;- the average radius of the main winding is 10.25 m and its length is 0.34 m for SKPP and SKPB;

- средний радиус обмотки управления 7 0,4715 м для СКПП и 6,261 м для СКПБ;- the average radius of the control winding is 7 0.4715 m for SKPP and 6.261 m for SKPB;

- масса обмотки управления 7 989,3 кг или 396,3 кг для СКПП и 257,5 тонн или 92,63 тонн для СКПБ при медной и алюминиевой матрице в ней соответственно;- the mass of the control winding is 7,989.3 kg or 396.3 kg for SKPP and 257.5 tons or 92.63 tons for SKPB with a copper and aluminum matrix in it, respectively;

- масса емкостного накопителя (ЕН) 12.1 при его удельной энергии 2 кДж/кг /11/) 599 кг для СКПП и 12080 кг для СКПБ;- the mass of the capacitive storage (ЕН) 12.1 with its specific energy of 2 kJ / kg / 11 /) 599 kg for SKPP and 12080 kg for SKPB;

- масса двух зарядных устройств 12.4 и 12.4’ ЕН 12.1 20,7 кг для СКПП и 805,3 кг для СКПБ при их выходной зарядной мощности 2,07 кВт для СКПП и 80,54 кВт для СКПБ;- the mass of two chargers 12.4 and 12.4 ’EN 12.1 20.7 kg for SKPP and 805.3 kg for SKPB with their output charging power of 2.07 kW for SKPP and 80.54 kW for SKPB;

- масса криостата СКП 81,9 кг для СКПП и 20110 кг для СКПБ;- weight of cryostat SKP 81.9 kg for SKPP and 20110 kg for SKPB;

- суммарная хладопроизводительность общей криорефрижераторной установки для охлаждения обмоток СКП и обмотки СПИН9 10,38 Вт или 9,95 Вт при СКПП и 221,6 Вт или 198,1 Вт при СКПБ для медной и алюминиевой матриц;- the total refrigerating capacity of the general cryo-refrigeration unit for cooling UPC windings and SPIN9 winding 10.38 W or 9.95 W with SKPP and 221.6 W or 198.1 W with SKPB for copper and aluminum matrices;

- масса общей криорефрижераторной установки 8,9 кг или 8,9 кг для СКПП и 108 кг для СКПБ, а потребляемая ею максимальная мощность 1,4 кВт или 1,35 кВт для СКПП и ~13,1 кВт для СКПБ при медной и алюминиевой матрице;- the mass of the total cryorefrigerator installation is 8.9 kg or 8.9 kg for SKPP and 108 kg for SKPB, and the maximum power consumed by it is 1.4 kW or 1.35 kW for SKPP and ~ 13.1 kW for SKPB with copper and aluminum matrix;

- суммарная масса СКП с сопутствующим оборудованием 2253 кг или 1546 кг для СКПП и 318,8 тонн или 137,4 тонн для СКПБ при медной и алюминиевой матрице соответственно;- the total mass of SKP with associated equipment is 2253 kg or 1546 kg for SKPP and 318.8 tons or 137.4 tons for SKPB with a copper and aluminum matrix, respectively;

- масса высокотемпературных сверхпроводников в СКП 440,7 кг для СКПП и 1243 кг для СКПБ;- the mass of high-temperature superconductors in SKP is 440.7 kg for SKPP and 1243 kg for SKPB;

- максимальная мощность, потребляемая СКП с сопутствующим оборудованием от источника 11 электроэнергии 3,28 кВт для СПКП и 107,84 кВт для СКПБ.- the maximum power consumed by SKP with associated equipment from source 11 of electricity 3.28 kW for SPKP and 107.84 kW for SKPB.

Следовательно, во-первых, суммарная масса предлагаемого СКП с сопутствующим оборудованием с вышеуказанными характеристиками в 141,5 раз или в 88,9 раз меньше, чем у базового СКП - прототипа /4/, во-вторых, масса высокотемпературных сверхпроводников в предлагаемом СКП и их стоимость в 28,2 раза меньше, чем у базового СКП; в-третьих, максимальная мощность, потребляемая предлагаемым СКП с сопутствующим оборудованием, почти в 32,4 раз меньше, чем у базового СКП с сопутствующим оборудованием.Therefore, firstly, the total mass of the proposed UPC with related equipment with the above characteristics is 141.5 times or 88.9 times less than that of the base UPC - prototype / 4 /, and secondly, the mass of high-temperature superconductors in the proposed UPC and their cost is 28.2 times less than that of the base UPC; thirdly, the maximum power consumed by the proposed SKP with related equipment is almost 32.4 times less than that of the basic SKP with related equipment.

Таким образом, указанные в формуле изобретения и описании заявки отличительные признаки сверхпроводникового ключа-перемычки с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя, существенно отличая предложенный СКП от базового объекта-прототипа /4/, позволяет: во-первых, в десятки раз уменьшить суммарную массу СКП с сопутствующим оборудованием в основном за счет соответствующего уменьшения массы обмотки магнитного управления 7; во-вторых, более чем в 20 раз уменьшить массу и стоимость высокотемпературных сверхпроводников в СКП; в-третьих, в несколько десятков раз уменьшить максимальную мощность, потребляемую СКП с сопутствующим оборудованием от источника 1.1 электропитания.Thus, the distinctive features of the superconducting jumper key with magnetic control of the operation of the superconducting inductive storage indicated in the claims and description of the application, significantly distinguishing the proposed UPC from the base prototype object / 4 /, allows: firstly, tens of times to reduce the total mass of the UPC with related equipment mainly due to a corresponding reduction in the mass of the magnetic control winding 7; secondly, to reduce the mass and cost of high-temperature superconductors in UPCs by more than 20 times; thirdly, to reduce by several dozen times the maximum power consumed by the UPC with associated equipment from the 1.1 power source.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявкиSources of information taken into account when preparing the application

1. Исследование сверхпроводящих ключей-перемычек /B.C. Высоцкий, В.Р. Карасик, А.А. Конюхов, В.А. Маликов; труды Физического института им. П.Н. Лебедева АН СССР и "Вопросы прикладной сверхпроводимости. -М.: "Наука″ , 1980, том 121, с.76-82.1. The study of superconducting jumper keys /B.C. Vysotsky, V.R. Karasik, A.A. Konyukhov, V.A. Malikov; Proceedings of the Physics Institute. P.N. Lebedev Academy of Sciences of the USSR and "Issues of Applied Superconductivity. -M .:" Science ", 1980, Volume 121, p. 76-82.

2. Мощные тонкопленочные сверхпроводящие коммутаторы. Реф. журнал Электротехника, выпуск 21 И Электрические машины и трансформаторы. - М.: ВИНИТИ, 1990, №4, реферат 4И271.2. Powerful thin-film superconducting switches. Ref. Journal of Electrical Engineering, Issue 21 & Electrical Machines and Transformers. - M .: VINITI, 1990, No. 4, abstract 4I271.

3. Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии.: Учеб. пособие для вузов. - В 2-х кн. Кн.2 (А.И. Бертинов, Д.А. Бут, С.Р. Мизюрин и др.; Под. ред. Б.Л. Алиевского - 2-е изд. перераб. и доп. - М.; Энергоатомиздат, 1993. – 368 с.: Подраздел 9.4 Высокотемпературные сверхпроводящие материалы на с.121-133.3. Special electric cars. Sources and converters of energy .: Textbook. manual for universities. - In 2 book. Book 2 (A.I. Bertinov, D.A. Booth, S.R. Mizyurin et al .; Edited by B.L. Alievsky - 2nd ed. Revised and enlarged - M .; Energoatomizdat , 1993. - 368 p.: Subsection 9.4 High-temperature superconducting materials on p.121-133.

4. Thin film suhtrcondacting power switch /Gattozzi A.L. //Proc. 24th Interoc. Energy Convrs. Eng. Conf., Washington, D.C. Aug. 6-11, 1989. Vol 1. - New York (N.Y), 1989. - с.465-470. (см. Мощные тонкопленочные сверхпроводящие коммутаторы. Реф. журнал ВИНИТИ Электроника, выпуск 21 И Электрические машины и трансформаторы. - М.: 1990, №4, реферат 4И271) - ПРОТОТИП.4. Thin film suhtrcondacting power switch / Gattozzi A.L. // Proc. 24th Interoc. Energy Convrs. Eng. Conf., Washington, D.C. Aug. 6-11, 1989. Vol 1. - New York (N.Y), 1989 .-- pp. 465-470. (see. Powerful thin-film superconducting switches. Ref. VINITI Electronics journal, issue 21 I Electric machines and transformers. - M .: 1990, No. 4, abstract 4I271) - PROTOTYPE.

5. Тиристорно-конденсаторные источники питания для электротехнологии /О.Г. Булатов, А.И. Царенко, В.Д. Поляков. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 200 с.: рис. 2.3 на с.29.5. Thyristor-capacitor power supplies for electrical technology / O.G. Bulatov, A.I. Tsarenko, V.D. Poles. - M.: Energoatomizdat, 1989 .-- 200 p.: Fig. 2.3 on p. 29.

6. Тиристорные генераторы и инверторы. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1982. - 223 с.: рис. 3.1 на с.52 и с.68.6. Thyristor generators and inverters. - L.: Power Publishing House. Leningra. Department, 1982.- 223 p.: Fig. 3.1 on p. 52 and p. 68.

7. Импульсные источники питания /А. Гореславу, А. Бахметьев //СНИР NEWS, 1996, №8-9, с.2-9.: Рис. 2,в на с.2.7. Switching power supplies / A. Goreslav, A. Bakhmetyev // SNIR NEWS, 1996, No. 8-9, p. 2-9 .: Fig. 2, in on p. 2.

8. Кныш В.А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов. - Л.: Энергоиздат, Ленингр. отделение, 1981. - 160 с.: рис. 4.11 на с.145.8. Knysh V.A. Semiconductor converters in storage capacitor charge systems. - L .: Energy Publishing House, Leningrad. Department, 1981. - 160 p.: Fig. 4.11 on p. 145.

9. Транспортный критический ток гнанулярных высокотемпературных сверхпроводников /Н.А. Боголюбов// "Физика низких температур", 1999. - т.25, №12. - с.1243-1250.9. Transport critical current of gnanular high-temperature superconductors / N.A. Bogolyubov // "Low Temperature Physics", 1999. - Vol. 25, No. 12. - p. 1223-1250.

10. Сверхпроводящие магнитные системы /Е.Я. Казовский, В.П. Каруев, В.Н. Шахтарин; Под общ. ред. E.Я. Казовского. - Л.: "Наука", Ленингр. отделение, 1967. – 320 с.: с.192 и 193.10. Superconducting magnetic systems / E.Ya. Kazovsky, V.P. Karuev, V.N. Shakhtarin; Under the total. ed. E.I. Kazovsky. - L .: "Science", Leningrad. Branch, 1967. - 320 p.: p. 192 and 193.

11. High tntrgy density capaciters of spac power conditioning /Rose M.Frank// IEEE Aerospace and Electronic Sienc Magasin. - 1989. - Vol. 4, №11. - с.17-22.11. High tntrgy density capaciters of spac power conditioning / Rose M. Frank // IEEE Aerospace and Electronic Sienc Magasin. - 1989. - Vol. 4, No. 11. - p. 17-22.

12. Система питания импульсного индуктивного накопителя; патент 2030101 РФ, МКИ6 3/53/ Додотченко В.В., Николаев А.Г.; ВИКИ им. А.Ф. Можайского, №4928143/21, заявл. 16.04.91, опубл. 27.02.95. Бюл. №6.12. The power system of a pulsed inductive storage; RF patent 2030101, MKI 6 3/53 / Dodotchenko V.V., Nikolaev A.G .; VIKI them. A.F. Mozhaisky, No. 4928143/21, decl. 04/16/91, publ. 02/27/95. Bull. No. 6.

Claims (2)

1. Сверхпроводниковый ключ-перемычка с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии, содержащий внутреннюю основную обмотку на основе лент из пленок высокотемпературного сверхпроводника, окруженных низкотемпературной электроизоляцией и намотанных бифилярно на цилиндрический трубчатый каркас, и снабженную каналами для протока хладоагента криорефрижераторной установки, связанной теплоизолированными трубопроводами с входным и выходным коллекторами хладоагента, соосную с основной внешнюю управляющую обмотку из многожильного провода с высокотемпературными сверхпроводниками, намотанного на трубчатый каркас, и снабженную каналами для протока хладоагента криорефрижераторной установки, соосные основная и управляющая обмотки с коллекторами хладоагента помещены в криостат с внутренними и наружными стенками, между которыми расположена теплоизоляция и силовые опоры, выводы основной обмотки подключены к вводам обмотки сверхпроводникового индуктивного накопителя преимущественно тороидального типа и к выходам его зарядного устройства, входные выводы которого связаны с шинами источника электропитания, выводы управляющей обмотки через датчик тока подключены к выходам устройства ее питания, причем криорефрижераторная установка связана теплоизолированными трубопроводами с обмоткой сверхпроводникового индуктивного накопителя и снабжена отдельными трубопроводами с выходной температурой хладоагента большей, чем у трубопроводов охлаждения обмотки сверхпроводникового индуктивного накопителя, а управляющие входы и выходы устройства питания управляющей обмотки зарядного устройства сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии, криорефрижераторной установки и датчиков тока, напряжения и температуры связаны с соответствующими выходами и входами блока управления, отличающийся тем, что в нем входной и выходной коллекторы хладоагента разделены диаметральной перегородкой, образованной продолжением трубчатого каркаса с теплоизоляцией обмотки управления, на наружную и внутреннюю части, первая из которых связана с теплоизолированными трубопроводами с пониженной температурой хладоагента, а другая - с отдельными трубопроводами с повышенной температурой хладоагента, при этом устройство питания управляющей обмотки включает в себя емкостной накопитель, выводы которого через параллельно включенные прямой и обратный полностью управляемые ключи односторонней проводимости подключены к выводам управляющей обмотки, зашунтированным блокирующими параллельно включенными прямым и обратным полностью управляемыми ключами односторонней проводимости, и два зарядных устройства емкостного накопителя, разнополярные выходы которых через развязывающие диоды или тиристоры связаны с выводами емкостного накопителя, входы зарядных устройств подключены к шинам источника электропитания, а также два преобразователя практически неизменного выходного тока с разнополярными выходами, каждый из которых содержит низковольтную часть в виде мостовой схемы на четырех низковольтных полностью управляемых ключах односторонней проводимости и дозирующий конденсатор в диагонали мостовой схемы, и высоковольтную часть в виде диода, аноды двух управляемых ключей мостовой схемы связаны с одним из выходов преобразователя напряжения источника электропитания, а катоды остальных управляемых ключей мостовой схемы - с катодом высоковольтного диода и через развязывающий тиристор - с одним из выводов управляющей обмотки, другой вывод преобразователя напряжения источника электропитания подключен к аноду высоковольтного диода и к другому выводу обмотки управления.1. A superconducting jumper key with magnetic control of the operation of a superconducting inductive energy storage device, comprising an inner main winding based on tapes of high-temperature superconductor films surrounded by low-temperature electrical insulation and wound bifilar to a cylindrical tubular frame, and equipped with channels for the flow of a refrigerant refrigerated cryorefree with inlet and outlet collectors of refrigerant, coaxial with the main external control winding from a stranded wire with high-temperature superconductors, wound on a tubular frame, and equipped with channels for the flow of refrigerant cryorefrigerator installation, coaxial main and control windings with collectors of refrigerant are placed in a cryostat with internal and external walls, between which there is insulation, main supports the windings are connected to the inputs of the winding of a superconducting inductive storage mainly of the toroidal type and to the outputs of its charging device A device whose input terminals are connected to the buses of the power source, the terminals of the control winding through a current sensor are connected to the outputs of its power supply device, and the cryorefrigerator installation is connected by heat-insulated pipelines to the winding of a superconducting inductive storage and is equipped with separate pipelines with a coolant output temperature higher than that of the winding cooling pipelines superconducting inductive storage, and the control inputs and outputs of the power device control winding and a charger of a superconducting inductive energy storage device, a refrigeration unit, and current, voltage, and temperature sensors are connected to the respective outputs and inputs of the control unit, characterized in that the input and output collectors of the refrigerant are separated by a diametrical partition formed by the continuation of the tubular frame with thermal insulation of the control winding, on the external and internal parts, the first of which is connected with thermally insulated pipelines with a low temperature cold a, and the other with separate pipelines with an elevated coolant temperature, while the control winding power supply device includes a capacitive storage device, the conclusions of which are connected through direct and reverse fully controllable keys of single-sided conductivity to the terminals of the control winding, shunted by blocking direct-connected and parallel connected parallel and reverse fully controlled keys of one-sided conductivity, and two capacitive storage chargers, bipolar outputs of which x through decoupling diodes or thyristors connected to the terminals of the capacitive storage, the inputs of the chargers are connected to the buses of the power supply, as well as two converters of practically constant output current with different polar outputs, each of which contains a low-voltage part in the form of a bridge circuit on four low-voltage fully controlled single-sided keys conductivity and a metering capacitor in the diagonal of the bridge circuit, and the high-voltage part in the form of a diode, anodes of two controlled keys of the bridge circuit connected are connected to one of the outputs of the voltage converter of the power source, and the cathodes of the other controlled keys of the bridge circuit are connected to the cathode of the high voltage diode and through the decoupling thyristor to one of the terminals of the control winding, the other terminal of the voltage converter of the power supply is connected to the anode of the high voltage diode and to the other terminal of the winding management. 2. Сверхпроводниковый ключ-перемычка с магнитным управлением работой сверхпроводникового индуктивного накопителя энергий по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения джоулевых потерь энергии в основной обмотке и связанной с этим уменьшением хладопроизводительности криорефрижераторной установки и потребляемой ею мощности при заряде и дозаряде сверхпроводникового индуктивного накопителя, зарядное устройство сверхпроводникового индуктивного накопителя выполнено в виде преобразователя в основном неизменной зарядной мощностью, содержащего регулируемый преобразователь осредненной за период величины выходного напряжения прямоугольной формы с трансформаторным выходом, например инвертора регулируемой частоты, а значит и выходного напряжения, или полумостового преобразователя, выходное прямоугольное напряжение которого регулируется методом широтно-импульсной модуляции, и однотактного двухфазного выпрямителя на двух диодах, вторичная обмотка трансформатора регулируемого преобразователя снабжена отводом от ее средней точки, крайние выводы вторичной обмотки упомянутого трансформатора подключены через диоды однотактного двухфазного выпрямителя к одному из выводов обмотки сверхпроводникового индуктивного накопителя, а другой вывод обмотки последнего связан через развязывающий тиристор с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора регулируемого преобразователя.2. The superconducting jumper key with magnetic control of the operation of the superconducting inductive energy storage device according to claim 1, characterized in that, in order to reduce the joule energy loss in the main winding and the associated decrease in refrigerating capacity of the cryorefrigerator installation and the power consumed by it when charging and charging the superconductor an inductive storage device, a charger of a superconducting inductive storage device is made in the form of a converter with basically constant charging power, with containing an adjustable converter of averaged over the period value of the output voltage of a rectangular shape with a transformer output, for example, an adjustable frequency inverter, and therefore an output voltage, or a half-bridge converter, the output rectangular voltage of which is regulated by pulse-width modulation, and a single-phase two-phase rectifier on two diodes, secondary the transformer winding of the adjustable converter is equipped with a tap from its midpoint, the extreme leads of the secondary winding the aforementioned transformer is connected through diodes of a single-phase two-phase rectifier to one of the terminals of the winding of the superconducting inductive storage, and the other terminal of the winding of the latter is connected through an isolation thyristor to the outlet from the midpoint of the secondary winding of the transformer of the adjustable converter.
RU2002125336/28A 2002-09-23 2002-09-23 Superconductor jumper-switch with magnetically controlled inductive superc onductor energy storage RU2230398C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002125336/28A RU2230398C1 (en) 2002-09-23 2002-09-23 Superconductor jumper-switch with magnetically controlled inductive superc onductor energy storage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002125336/28A RU2230398C1 (en) 2002-09-23 2002-09-23 Superconductor jumper-switch with magnetically controlled inductive superc onductor energy storage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002125336A RU2002125336A (en) 2004-03-27
RU2230398C1 true RU2230398C1 (en) 2004-06-10

Family

ID=32846129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002125336/28A RU2230398C1 (en) 2002-09-23 2002-09-23 Superconductor jumper-switch with magnetically controlled inductive superc onductor energy storage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2230398C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460176C1 (en) * 2011-03-24 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Powerful superconductive switch
RU2482567C1 (en) * 2011-11-01 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Superconductive circuit breaker
RU2487439C1 (en) * 2011-12-26 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Superconductive circuit breaker

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Thin film supercondacting power switch. Gattozzi A.L. Proc. 24 th Interoc. Energy Convers. Eng. Conf., Washington, D.C. Aug. 6-11, 1989, vol. 1 – New York. 1989, p. 465-470. Мощные тонкопленочные сверхпроводящие коммутаторы. Реф. Журнал ВИНИТИ (Электроника), вып. 21 И (Электрические машины и трансформаторы). - М., 1990, № 4, реферат 4 И 271. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460176C1 (en) * 2011-03-24 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Powerful superconductive switch
RU2482567C1 (en) * 2011-11-01 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Superconductive circuit breaker
RU2487439C1 (en) * 2011-12-26 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Superconductive circuit breaker

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002125336A (en) 2004-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4122512A (en) Superconductive energy storage for power systems
US5965959A (en) Superconducting magnets and power supplies for superconducting devices
Li et al. Design and testing of a high-temperature superconducting pulsed-power transformer
US5181170A (en) High efficiency DC/DC current source converter
WO2018183579A1 (en) Superconducting magnet engine
Graber et al. Cryogenic power electronics at megawatt-scale using a new type of press-pack IGBT
US6958898B2 (en) Flux pump with a superconductor and superconducting electromagnet to be operated therewith
US7068133B2 (en) Flux pump having a high-temperature superconductor and a superconducting electromagnet which can be operated by way of the flux pump
US5347168A (en) Cryogenic electronics power supply and power sink
Bhardwaj et al. Superconducting magnetic energy storage for pulsed power magnet applications
RU2230398C1 (en) Superconductor jumper-switch with magnetically controlled inductive superc onductor energy storage
US20240077554A1 (en) Conduction Cooled Cryogenic Current Source with a High-Temperature Superconducting Filter
Li et al. Magnet development program at the WHMFC
US20240313775A1 (en) High-temperature superconducting switches and rectifiers
ten Kate et al. High current and high power superconducting rectifiers
Juengst et al. Fast SMES for generation of high power pulses
US4973874A (en) Electrical generation from low-temperature heat sources and flux pump
US4894556A (en) Hybrid pulse power transformer
Hayashi et al. Fabrication and test of a 4 kJ Bi-2223 pulse coil for SMES
Hackworth et al. A 10 MJ cryogenic inductor
Yamada et al. Multi-functional current multiplier by high temperature superconducting magnet energy storage
EP4300520A1 (en) Improved inductive component for electric or hybrid aircraft
Hu et al. Study on Collaborative Triggering of Multimodule Inductive Pulsed Power Supply Circuit With High Temperature Superconducting Pulse Transformers
Abdel-Salam et al. Power Loss in SMES Coil as Influenced by its Material
Wang et al. Design and Test of High-Low Voltage Excitation System for HTS Synchronous Condenser

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040924