Устройство управления фазовым состоянием сверхпроводящего ключа

 

Изобретение относится к технической сверхпроводимости и конкретно может быть применено в сверхпроводящих преобразователях тока. Цель изобретения - увеличение частоты переключения сверхпроводящего ключа и ее регулирования. Известное устройство состоит из сверхпроводящего ключа, выводы которого соединены с одноименными полюсами импульсных источников тока, например конденсаторов. Средняя точка ключа подсоединена через коммутатор к другим одноименным полюсам этих источников. В такой схеме у коммутатора имеется один вход управления. Если снабдить его вторым входом управления, дополнительно ввести схему задержки и блок управления, причем соединить его с первым управляющим входом коммутатора и входом схемы задержки, а ее вывод подвести к второму управляющему входу коммутатора, то цель достигается за счет того, что емкость конденсаторов (или мощность источников импульсных тока) можно значительно увеличить по сравнению с прототипом. Действительно, в этом случае можно вводить энергию в сверхпроводящий ключ, необходимую для управления его фазовым состоянием, то есть для перевода его в нормальное состояние при гораздо большей мощности, но при полном его переводе в этом состояние отключить источники тока по второму управляющему входу коммутатора. Схема задержки позволяет выбрать момент отключения в зависимости от нужной частоты повторения срабатывания ключа. 2 ил.

Устройство относится к техническому использованию сверхпроводимости и может быть использовано в сверхпроводящих преобразователях тока для запитки сверхпроводящих магнитов током до нескольких десятков тысяч ампер. Цель изобретения - увеличение частоты переключения ключа и регулирования ее величины. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - диаграммы работы устройства. Устройство состоит из сверхпроводящей нагрузки 1, сверхпроводящего ключа 2, двух импульсных источников тока 3, 4, коммутатора 5, блока управления 6, задающего частоту переключения ключа 2, регулируемой схемы задержки 7, задающей длительность нахождения ключа 2 в нормальном (резистивном) состоянии. Сверхпроводящая нагрузка соединена параллельно сверхпроводящему ключу 2, импульсные источники 3, 4 одними одноименными полюсами соединены с выводами ключа 2, а его средняя точка соединена через коммутатор 5 с другими одноименными полюсами импульсных источников тока 3, 4, выход блока управления 6 соединен с первым управляющим входом коммутатора 5 и входом регулируемой схемы задержки 7, выход которой соединен с вторым управляющим входом коммутатора. Работа устройства поясняется временными диаграммами 8-12, изображенными на фиг.2. С блока управления поступают импульсы U_у (диаграмма 8), определяющие частоту переключения ключа. Они подаются на первый управляющий вход коммутатора 5 и на вход схемы задержки 7. В момент времени t₁ коммутатор 5 открывается и через обе половины ключа 2 протекают импульсные токи i_у (диаграмма 10) от источников 3, 4. При достижении этого тока критического значения ключа 2 начинает переходить в нормальное состояние и в нем появляется активное сопротивление r_спк (диаграмма 11). На этом сопротивлении выделяется энергия, запасенная в источниках 3, 4, и происходит нагрев ключа (диаграмма 12). В момент времени t₂ во всем объеме ключа температура достигает критического значения Т_с^о, а ключ полностью переходит в нормальное состояние и его сопротивление достигает значения R_спк (диаграмма 11). В момент времени t₃ на второй управляющий вход коммутатора 5 приходит импульс задержки U₃ (диаграмма 9). Величина длительности задержки t₃ выбирается, исходя из требуемой длительности нахождения ключа в нормальном состоянии t_спк (диаграмма 11). Импульс задержки U₃ подается на второй управляющий вход коммутатора 5 и тот закрывается. В результате ток i_у через ключ 2 обрывается, прекращается тепловыделение в ключе и ключ начинает охлаждаться (диаграмма 12). В течение времени t₄-t₅ ключ переходит в сверхпроводящее состояние (диаграмма 11). В момент времени t₅ температура всего объема ключа становится меньше критической Т_с и сопротивление ключа падает до нуля. В момент времени t₆ температура всего объема ключа достигает значения 4,2 К. С момента времени t₁ начинается второй цикл работы устройства, аналогичный первому. Длительность задержки t₃ позволяет регулировать максимальную интегральную температуру T_m (диаграмма 12) объема ключа, а, следовательно, и время нахождения ключа в нормальном состоянии.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ФАЗОВЫМ СОСТОЯНИЕМ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КЛЮЧА, состоящее из двух импульсных источников тока и коммутатора с входом управления, причем два одноименных полюса импульсных источников питания соединены с выводами сверхпроводящего ключа, а его средняя точка соединена через коммутатор с другими одноименными полюсами импульсных источников тока, отличающееся тем, что, с целью увеличения частоты переключения и ее регулирования, в него дополнительно введены регулируемая схема задержки и блок управления, а коммутатор снабжен вторым входом управления, причем блок управления соединен с первым управляющим входом коммутатора и входом схемы задержки, а ее выход соединен с вторым управляющим входом коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2