Устройство накопления и передачи электромагнитной энергии

 

(72) Авторы изобретения

Г. П. Амелин и А. И. Блудов

Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им, С. И. Кирова (71) Заавнтель (54) УСТРОЙСТВО НАКОПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к области ускорительной техники и техники физического эксперимента и, в частнссти к уст ройствам накопления и передачи электромагнитной энергии с помошью сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии.

Известны устройства, основанные на запасании энергии в магнитном поле сверхпроводниковых катушек. Причем передача .й энергии в нагрузку осушествляется вследствие перевода материала обмотки катушки в нормальное состояние, характеризующееся большим значением омического !

5 сопротивления 4.1.

Перевод обмотки из сверхпроводяшего состояния (с нулевым сопротивлением) в нормальное состояние (с конечным большим сопротивлением) осушествляется вследствие превышения критической тел+пературы либо критической величины магнитного поля, Необходимая энергия сообщается от вспомогательных источников.

Известно устройство, содержащее источник тока, нагрузку, накопительную обмотку, выполненную из сверхпроводннкового материала, дополнительную обмотку, магнитосвязанную с накопительной, к выводам которой псдсоединена цепь из последовательно включенных конденсаторной батареи и замыкающего элемента f 2 J.

Недостатком известных устройств с тепловым управлением является низкая скорость срабатывания, а устройств с магнитным управлением, кроме того, значительнь1е мощности и габариты источников управления, Так, если принять необходимое превы шение индукции (10-20%), то величина энергии вспомогательного источника сосчавит (21-4-47) от первоначальной энергии сверхпроводяшей катушки

И = — "(В -Ъ }=((,21-1й)-1j

Ч„2. О V у 2р K и " 2jU (0,21 —, Q,44-) ю„р

3 6861 где Й „M/ — начальные значения индукции и запасенной энергии, соответственно;

Ь вЂ” конечное значение индукции, превышающее кря гическое значение В р, 7, - рабочий объем катушки накопления; р — магнитная проницаемость.

Целью предлагаемого изобретения яв- 10 ляется сокращение времени срабатывания и уменьшение габаритов устройства, Бель достигается тем, что в предлах àeìîM устройстве нагрузка соединена параллельно с дополнительной обмоткой, t5 один из выводов которой подсоединен непосредственно к одному из выводов накопительной обмотки, а противоположные выводы накопительной и дополнительной обмоток соединены через цепь из последовательно включенных конденсаторной батареи и замыкающего элемента.

На чертеже показана принципиальная схема, пример передачи энергии из сверхпроводящего накопителя энергии в нагруз- 5

Кую

Накопитель энергии, выполненный в виде двух магнитосвязанных встречно включенных обмоток; накопительной 1 и вспомогательной 2, подключен к источнику питания 3. Один вывод вспомогатеы ной обмотки 2 подсоединен непосредственно к одному из выводов накопительной обмотки 1, а другой вывод через выключатель 4 и конденсатор 5 подключен ко вто-55 рому выводу накопительной обмотки 1.

Нагрузка 6 подсоединена непосредственно к выводам вспомогательной обмотки 2.

Работа устройства происходит следующим образом.

Накопительная обмотка 1 запитывается от источника тока .3 до величины токе (0,8-0„95) критического значения, При передаче энергии запускается выключатель 4 и предварительно заряженный кон45 денсатор 5 разряжается на систему встречно включенных по магнитному потоку катушек 1 и 2, Величина разрядного тока определяется индуктивностью рассеяния системы катушек 1-2. Если суммарное

59 значение тока в накопительной обмотке

1 превышает критическое значение тока ее проводника, то обмотка переходит из сверхпроводящего состояния с нулевым сопротивлением в нормальное состояние со значительным сопротивлением. Так как контур вспомогательной обмотки 2 представляет цепь с меньшим сопротивле08 Д нием, то ток в накопительной обмотке 1 спадает, а во вспомогательной обмотке

2, согласно закону электромагнитной индукции нарастает. При этом энергия, за- . пасенная в магнитном поле обмотки 1

Ф выделяется на резистивных элементах схемы в отношении, обратно пропорционален ном их сопротивлениям.

В предлагаемом устройстве достижение положительного эффекта основано на том, что на период управления обмотка накопителя представляется в виде системы взаимосвязанных встречно вкпючекных катушек, эквивалентная индуктивность ко торой принципиально меньше индуктивности уединенной катушки (режим накопления энергии). Причем уменьшение индуктивности пропорционально квадрату коэффициента связи К между обмотками.,ю = 41- К )

Уменьшение индуктивности системы позволяет существенно уменьшить фронт разрядного тока, т. е. улучшить временные характеристики. Кроме того, пропорционально уменьшению индуктивности уменьшается необходимая энергия дополнительных конденсаторов. Так, если управляющий импульс подавать непосредственно на накопительную обмотку, то необходимая энергия конденсаторов составит

21-44% от энергии накопителя при превышении критического тока на 10-20%.

В предлагаемом устройстве при тех же условиях и при коэффициенте связи между обмотками К = 0,9 требуется конденсатор с энергоемкостью всего в 2,3-4,6% от энергии накопителя.

Таким образом, предлагаемое схемное решение устройства позволяет уменьшить время срабатывания при уменьшении габаритов источника управляющих импульсов.

Введение же дополнительной обмотки, рассчитанной на кратковременную работу, несущественно увеличивает габариты на копителя, так как обмотка может быть выполнена из несверхпроводящего провода небольшого сечения.

Подобные устройства могут найти применение для аварийной эвакуации энергии из крупных сверхпроводящих магнитных систем в технике физического эксперимента, а также для импульсного питания лазерных установок, нагрева газов импульсными токами.

Формуле изобретения

Устройство накопления и передачи электромагнитной энергии, содержащее

686108 источник тока, накопительную обмотку, выполненную из сверхпроводникового материала, дополнительную обмотку, замыкаюший элемент, конденсаторную батарею. инагрузку, отличaþøееся тем, что, с целью сокращения времени срабатывания и уменьшения габаритов устройства, нагрузка соединена параллельно с дополнительной обмоткой, один из выводов которой подсоединен непосредст венно к одному из выводов накопительной

6 обмотки, а противоположные выводы накопительной и дополнительной обмоток соединены через цепь из последовательно включенных конденсаторов батареи и замыкающего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции hb 2105430, кл. Н 01 4 11/00, опублнк. 1972, 2. Патент Франции Ъ 2181218 кл. Н 01 Ч 11/00, опублик. 1974, Составитель В. Кручинкина

Редактор И. Шубина Техред С. Мигай Корректор,М Вигула

Заказ 5472/52 Тираж 923 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4