RU2815169C1 - Сверхпроводящий гибридный трансформатор - Google Patents
Сверхпроводящий гибридный трансформатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815169C1 RU2815169C1 RU2023124635A RU2023124635A RU2815169C1 RU 2815169 C1 RU2815169 C1 RU 2815169C1 RU 2023124635 A RU2023124635 A RU 2023124635A RU 2023124635 A RU2023124635 A RU 2023124635A RU 2815169 C1 RU2815169 C1 RU 2815169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- superconducting
- windings
- voltage winding
- transformer
- winding
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 57
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000005292 diamagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000002889 diamagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к обмоткам трансформатора, и может быть использовано в энергетике, связанной с криогенной электротехникой. Технический результат состоит в увеличении плотности тока в обмотках, КПД трансформатора и уменьшении потерь электроэнергии и массогабаритных характеристик трансформатора. Сверхпроводящий гибридный трансформатор включает магнитопровод, криостат, силовые многослойные цилиндрические обмотки высокого и низкого напряжения с концентрически расположенными слоями витков, которые находятся в диэлектрической криогенной среде из жидкого азота и расположены одна над другой для каждой фазы. Обмотка низкого напряжения выполнена из сверхпроводящего проводника. Обмотка высокого напряжения выполнена из металла или металлических сплавов. Обмотка высокого напряжения находится над обмоткой низкого напряжения вдоль стержней магнитопровода. Между обмотками расположен экран из диамагнетика или сверхпроводникового материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области криогенной электротехники, в частности к конструкции сверхпроводящего трансформатора, и может быть использовано в электроэнергетике.
Известна сверхпроводящая многослойная обмотка трансформатора, содержащая цилиндрические, концентрично расположенные первичную и вторичную обмотки, одна из которых намотана ближе к стержню, поверх нее намотана другая обмотка (Wilkinson К.I.R. «Superconductive Windings in power transformers», Proc. IEE1963, v.110, N12, p.2271-2279). Обмотки трансформатора функционируют в жидкогелиевой среде и намотаны из сверхпроводящего провода с относительно однородными критическими параметрами. Указанная конструкция сверхпроводящих обмоток трансформатора обладает существенным недостатком, так как применение сверхпроводящих обмоток экономически целесообразно при достижении токовой нагрузки, приближенной к критическому току сверхпроводящего проводника. В силовых трансформаторах малой мощности с высоким коэффициентом трансформации на стороне высокого напряжения, как правило, ток нагрузки невелик, что приводит к неэффективному применению сверхпроводящей обмотки и удорожанию трансформатора.
Известна сверхпроводящая обмотка, содержащая первичную и вторичную многослойную обмотку из сверхпроводящего проводника (патент RU 2082242C1, H 01 F 6/06, 27/28 от 20.06.1997 г.). Витки обмоток расположены друг от друга на t=πd0 где d0 – диаметр сверхпроводника, выполнена многослойной, причем первые три слоя расположены друг от друга на расстояниях, равных соответственно двум и трем диаметрам сверхпроводящего проводника, а последующие слои расположены на расстоянии, равном расстоянию между витками. Это приводит к минимуму влияния магнитных полей проводников друг на друга и тем самым существенно снижаются потери в сверхпроводнике.
Указанная конструкция сверхпроводящих обмоток имеет ряд существенных недостатков. Увеличение расстояния между витками обмоток и между самими обмотками, увеличивает индукцию поля рассеивания трансформатора, которая замыкается за пределами магнитопровода, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия (КПД) и мощности трансформатора.
Целью настоящего изобретения является создание сверхпроводящего гибридного трансформатора, конструктивное исполнение которого обеспечивает увеличение плотности тока в проводниках обмоток и коэффициента полезного действия (КПД), а так же уменьшает потери электроэнергии и массогабаритные характеристики трансформатора.
Поставленная цель достигается тем, что в конструкции сверхпроводящего гибридного трансформатора обмотка высокого напряжения выполнена из металла или металлических сплавов и находится над обмоткой низкого напряжения, которая выполнена из сверхпроводящего проводника, вдоль стержней магнитопровода, а также между обмотками расположен экран из диамагнетика или сверхпроводникового материала.
Соответственно, технический результат заявляемого технического решения состоит в следующем.
Предлагаемое техническое решение позволяет улучшить технико-экономические показатели, а именно увеличить плотность тока в обмотках, КПД трансформатора и уменьшить потери электроэнергии и массогабаритные характеристики трансформатора.
Технический результат достигается тем, что сверхпроводящий гибридный трансформатор, включает магнитопровод, криостат, силовые многослойные цилиндрические обмотки высокого и низкого напряжения с концентрически расположенными слоями витков, которые находятся в диэлектрической криогенной среде из жидкого азота и расположены одна над другой для каждой фазы, обмотка низкого напряжения выполнена из сверхпроводящего проводника, а обмотка высокого напряжения выполнена из металла или металлических сплавов, при этом обмотка высокого напряжения находится над обмоткой низкого напряжения вдоль стержней магнитопровода, между обмотками расположен экран из диамагнетика или сверхпроводникового материала.
Заявляемое техническое решение поясняется изображением сверхпроводящего гибридного трансформатора (фиг. 1), который содержит магнитопровод 1, криостат 2, силовые многослойные цилиндрические обмотки высокого напряжения 3 и низкого напряжения 4 с концентрически расположенными слоями витков. Трансформатор имеет гибридное исполнение обмоток, обмотка низкого напряжения 4 выполнена из сверхпроводящего проводника, обмотка высокого напряжения 3 выполнена из металла или металлических сплавов, предпочтительно из алюминия, меди или сплавов на их основе. Обмотки 3, 4, намотаны цилиндрически с концентрически расположенными слоями и находятся в диэлектрической криогенной среде из жидкого азота 5. Обмотки 3, 4 расположены одна над другой для каждой фазы, при этом обмотка низкого напряжения 4 с увеличенной плотностью тока изготавливается из сверхпроводящего проводника и находится в нижней секции 8 криостата 2, а обмотка высокого напряжения 3 изготавливается из металла или металлических сплавов и находится в верхней секции 7 криостата 2 над сверхпроводящей обмоткой низкого напряжения 4 вдоль стержней магнитопровода 1. Благодаря тому, что обмотка 3 высокого напряжения из обычного проводника охлаждена до температуры кипения жидкого азота, активное сопротивление для алюминия и меди уменьшается в 5-7 раз, что позволяет соответственно увеличить плотность тока и уменьшить массогабаритные характеристики трансформатора.
Для снижения влияния электромагнитного поля рассеивания, созданное обмоткой высокого напряжения 3, на сверхпроводящую обмотку 4, между вертикально расположенными обмотками 3, 4 располагается экран 6 из диамагнетика или сверхпроводникового материала. Экран 6, выполненный из диамагнетика, за счет своего свойства намагничиваться против направления внешнего магнитного поля, позволяет значительно снизить влияния внешнего магнитного поля на сверхпроводящую обмотку трансформатора.
Одно из преимуществ применения сверхпроводящих обмоток является ограничение токов короткого замыкания.
Наличие сверхпроводящего проводника позволяет увеличить плотность тока в обмотке трансформатора, что в свою очередь приведет к уменьшению объема (размера) обмотки и магнитопровода трансформатора, следовательно, потери электроэнергии в магнитопроводе уменьшаются. Благодаря нулевому сопротивлению сверхпроводника в криогенной среде отсутствуют Джоулевые потери, что совместно с уменьшением массы магнитопровода приводит к увеличению КПД.
Заявленное решение может быть реализовано в области криогенной электротехники, а именно в конструкциях сверхпроводящего трансформатора, и может быть использовано в электроэнергетике для трансформации электрической энергии в системах электроснабжения и электроэнергетических системах, включая мобильные и транспортные автономные и локальные системы в гибридном исполнении.
Claims (2)
1. Сверхпроводящий гибридный трансформатор, включающий магнитопровод, криостат, силовые многослойные цилиндрические обмотки высокого и низкого напряжения с концентрически расположенными слоями витков, которые находятся в диэлектрической криогенной среде из жидкого азота и расположены одна над другой для каждой фазы, обмотка низкого напряжения выполнена из сверхпроводящего проводника, а обмотка высокого напряжения выполнена из металла или металлических сплавов, отличающийся тем, что обмотка высокого напряжения находится над обмоткой низкого напряжения вдоль стержней магнитопровода, между обмотками расположен экран из диамагнетика или сверхпроводникового материала.
2. Сверхпроводящий гибридный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что обмотка высокого напряжения выполнена из алюминия, меди или сплавов на их основе.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815169C1 true RU2815169C1 (ru) | 2024-03-12 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0676777A1 (de) * | 1994-04-11 | 1995-10-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Lokomotivtransformator und Wicklungsanordnung hierzu |
| RU2193253C2 (ru) * | 1997-11-28 | 2002-11-20 | Абб Аб | Силовой трансформатор |
| RU2322721C1 (ru) * | 2006-11-02 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Трансформатор со сверхпроводящими обмотками |
| RU132250U1 (ru) * | 2013-03-06 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Сверхпроводящая обмотка трансформатора |
| RU2604056C1 (ru) * | 2015-08-14 | 2016-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Сверхпроводящий трансформатор |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0676777A1 (de) * | 1994-04-11 | 1995-10-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Lokomotivtransformator und Wicklungsanordnung hierzu |
| RU2193253C2 (ru) * | 1997-11-28 | 2002-11-20 | Абб Аб | Силовой трансформатор |
| RU2322721C1 (ru) * | 2006-11-02 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Трансформатор со сверхпроводящими обмотками |
| RU132250U1 (ru) * | 2013-03-06 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Сверхпроводящая обмотка трансформатора |
| RU2604056C1 (ru) * | 2015-08-14 | 2016-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Сверхпроводящий трансформатор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20040135661A1 (en) | Magnetically controlled inductive device | |
| MX2010007470A (es) | Un limitador de corriente de perdida. | |
| Moradnouri et al. | Survey on high-temperature superconducting transformer windings design | |
| US7023311B2 (en) | Overlapped superconducting inductive device | |
| US7463461B2 (en) | Resistive superconducting fault current limiter | |
| Leghissa et al. | Development and application of superconducting transformers | |
| US3173079A (en) | Superconducting electrical devices | |
| Kim et al. | Design of a 1 MVA high T/sub c/superconducting transformer | |
| Li et al. | Electromagnetic design of high-temperature superconducting traction transformer for high-speed railway train | |
| Komarzyniec | 14 kVA superconducting transformer with (RE) BCO windings | |
| RU2815169C1 (ru) | Сверхпроводящий гибридный трансформатор | |
| US7019608B2 (en) | Superconducting transformer | |
| Liu et al. | Design and optimization of high frequency transformer with nanocrystalline core | |
| Lee et al. | Comparison of AC losses of HTS pancake winding with single tape and multi-stacked tape | |
| Manusov et al. | Design and perspectives for innovative application of power transformers with a superconducting winding | |
| Nanato et al. | Basic study for a large AC current supply with a single phase air-core Bi2223 high temperature superconducting transformer | |
| KR100552335B1 (ko) | 22.9ｋＶ급 더블 팬케이크 코일형 고온초전도 변압기의초전도체 턴간 절연설계구조 | |
| US3396355A (en) | Cooled hydrogen or neon used as transformer dielectric | |
| JP2011124252A (ja) | ギャップ付き鉄心形超電導リアクトル | |
| Zizek et al. | End-winding region configuration of an HTS transformer | |
| Okada et al. | Fabrication and test of superconducting air-core autotransformer | |
| Zhi et al. | [Retracted] Electromagnetic Field Analysis and Optimization Method of High‐Temperature Superconducting Transformer under the Influence of Abnormal Voltage | |
| Park et al. | Optimization of 1 MVA high T/sub C/superconducting transformer windings | |
| RU2273906C1 (ru) | Комбинированный сверхпроводник | |
| Chen et al. | Superconducting air-core transformers and their electromagnetic analysis |