ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК H01F27/34 

Изобретение относится к электротехнике, преимущественная область применения - защита сверхпроводниковых устройств от работы в аварийных режимах.

Аналог - трансформатор для ограничения токов короткого замыкания, на одном из стержней которого расположена первичная обмотка. На одном ярме расположена сверхпроводящая вторичная обмотка и последовательно с ней соединенный экран магнитного поля в виде короткозамкнутой сверхпроводниковой обмотки. На другом ярме расположены последовательно соединенные вторичная и дополнительная обмотки, выполненные из обычного провода. Когда ток в сверхпроводящей вторичной цепи превысит номинальное значение и переведет экран магнитного поля в нормальное состояние, магнитный поток сможет поступать в дополнительную обмотку, что увеличит долю энергии, передаваемой в обыкновенную вторичную цепь и приведет к токоограничению в сверхпроводящей вторичной цепи. Недостаток - малая глубина токоограничения.

Прототип - токоограничивающее устройство, на одном из трех стержней которого расположена первичная обмотка. На двух других стержнях магнитопровода расположены две равные секции вторичной обмотки, включенные таким образом, что наводимые в них ЭДС компенсируют друг друга. Так и работает устройство в режиме токоограничения. В режиме трансформации устройство работает, когда экран магнитного поля, выполненный в виде короткозамкнутой сверхпроводящей обмотки, находится в сверхпроводящем состоянии. В этом случае магнитный поток не проходит через экран магнитного поля в одну из секций вторичной обмотки, взаимокомпенсации ЭДС не происходит, не происходит и токоограничения. Недостаток - отсутствие возможности плавно управлять глубиной токоограничения.

Цель изобретения - создание возможности плавного регулирования глубины токоограничения.

Указанная цель достигается тем, что экран магнитного поля располагается в зазоре магнитопровода и перекрывает все его сечение, причем не имеет в пределах проекции сечения магнитопровода на поверхность экрана магнитного поля несплошностей, сквозь которые могло бы проходить магнитное поле. Таким образом, экран магнитного поля представляет собой замкнутую поверхность. Наиболее простой вариант замкнутой поверхности - пластина. Экран магнитного поля выполнен из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП). ВТСП-материалы имеют в нормальном состоянии низкую электропроводность, что позволяет расположить их поперек магнитного поля, при этом наведенные вихревые токи имеют малую величину и не в состоянии разогреть экран магнитного поля и, тем самым, влиять на режим его работы. Применение ВТСП-материалов также позволяет повысить рабочие температуры устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что в отличие от прототипа, магнитное поле может проходить через материал экрана магнитного поля лишь в виде квантов магнитного поля через вихри Абрикосова. Таким образом, величина магнитного потока, прошедшего через экран, определяется числом вихрей Абрикосова на единице поверхности экрана магнитного поля, то есть их поверхностной концентрацией, которую можно изменять, воздействуя на сверхпроводниковый материл либо электрическим током, либо магнитным полем, либо изменяя его температуру.

На чертеже изображено токоограничивающее устройство. Устройство выполнено в виде реактора с трехстержневым магнитопроводом 1, в зазоре одного из стержней которого размещен экран магнитного поля 5, перекрывающий все сечение стержня. На двух других стержнях расположены две равные секции 3, 4 обмотки, соединенные концами и их магнитное поле суммируется в стержне с экраном магнитного поля. Когда материал экрана магнитного поля находится в нормальном состоянии, магнитное поле беспрепятственно проходит через него и индуктивности каждой из секций и токоограничивающего устройства в целом максимальны. В сверхпроводящем состоянии экран магнитного поля не пропускает магнитное поле. Индуктивности секций вычитаются и индуктивность устройства минимальна. Воздействуя на экран магнитного поля током, магнитным полем, изменяя его температуру, можно плавно менять в пределах смешанного состояния поверхностную концентрацию вихрей Абрикосова, то есть менять прошедший через экран магнитный поток. Это позволяет плавно изменять индуктивность устройства и, если оно включено совместно с нагрузкой в цепь переменного тока, плавно ограничивать ток через нагрузку. Для увеличения глубины токоограничения следует увеличить длину силовых линий в обход экрана магнитного поля. Для этого экран магнитного поля, как замкнутую поверхность, можно выполнить в виде стаканчика, донышко которого расположено в зазоре магнитопровода. При этом в боковой поверхности необходим сквозной зазор с тем, чтобы исключить протекание по ней тока, как по короткозамкнутому витку.

Технологически проще экран магнитного поля выполнить в виде пленки ВТСП-материала, нанесенной на замкнутую поверхность из диэлектрического материала.

Токоограничивающее устройство может быть выполнено в виде токоограничивающего трансформатора, для чего экран магнитного поля размещается на одном стержне с одной из секций первой обмотки, а вторая обмотка 2 располагается на третьем стержне магнитопровода. (56) Авторское свидетельство СССР
N 714522, кл. H 01 F 27/34, 1976.

Авторское свидетельство СССР
N 608205, кл. H 01 F 27/34, 1976.

Использование: в устройствах производства, преобразования и распределения электрической энергии. Сущность изобретения: на двух стержнях трехстержневого магнитопровода 1 токоограничивающего устройства расположены секции 3 и 4 разделенной пополам обмотки, соединенные концами, один из стержней выполнен с зазором, в котором расположен экран 5 из высокотемпературного сверхпроводящего материала в виде замкнутой поверхности, перекрывающей все сечение стержня и позволяющий регулировать магнитный поток и, следовательно, ток в цепи, в которую включено устройство. Устройство может быть снабжено дополнительной омботкой, что дает возможность регулировать ток по трансформаторной схеме. Экран может быть выполнен в виде пластины или пленки. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее трехстержневой магнитопровод, секционированную обмотку, разделенную на две секции, размещенные на двух стержнях магнитопровода, по одной секции на каждом, и соединенные концами, и сверхпроводящий экран магнитного поля, отличающееся тем, что, с целью создания возможности плавного регулирования глубины токоограничения, один из стержней имеет зазор, экран выполнен из высокотемпературного сверхпроводящего материала в виде замкнутой поверхности и расположен в зазоре стержня, полностью перекрывая сечение стержня. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор выполнен на стержне, свободном от обмотки. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной обмоткой, секция секционированной обмотки расположена на стержне с зазором, а на третьем стержне расположена дополнительная обмотка. 4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что замкнутая поверхность выполнена в виде пластины. 5. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что замкнутая поверхность выполнена в виде пленки на диэлектрической пластине.