СПОСОБ И СИСТЕМА ЗАПИТКИ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТОВ В РЕЖИМ ЗАМОРОЖЕННОГО ПОТОКА Российский патент 2008 года по МПК H01L39/16 

Изобретение относится в основном к транспортной электроэнергетической технике и предназначено для запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока для создания магнитного подвеса и совместно с электромагнитами путевого полотна движущих и стабилизирующих сил высокоскоростного транспорта, а также для запитки сверхпроводящих магнитов геомагнитных моментных двигателей для ориентации и стабилизации космических аппаратов и запитки сверхпроводящих магнитов электрофизической аппаратуры путем запитки сверхпроводящих магнитов со сверхпроводящими ключами-перемычками с тепловым управлением в основном в режиме неизменной зарядной (запиточной) номинальной мощности способом изменения частоты, а значит, и выходного напряжения трансформатора инвертора по указанным в описании заявки и формуле изобретения зависимостям от времени запитки t_З (см. фиг.1 и 2).

Известны способ и система запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока с помощью топологических генераторов с движущимся магнитным полем [1, а], лучшими из которых являются Лейденские генераторы [1, б]. Способ заключается в перемещении зоны движущегося магнитного поля с магнитной индукцией выше критической (B_C) для сверхпроводника и связанной с ней резистивной (несверхпроводящей) зоной в сверхпроводящей(их) пластине(ах) остальная часть которой(ых) в сверхпроводящем состоянии. Реализующие этот способ Лейденские генераторы (см. фиг.3) включают в себя: запитываемый сверхпроводящий магнит 1 и собственно Лейденский генератор 2, помещенные в криостат 1.1; криорефрижераторную установку 3 и источник электроэнергии 6. Собственно Лейденский генератор 2 содержит: U-образный электромагнит 2.1 с полюсами S и N и обмоткой возбуждения 2.2 (из 750 витков) из ниобиевого сверхпроводящего провода, вставленный в этот электромагнит 2.1 прямоугольный вращающийся якорь (сердечник) 2.3, выполненный из магнитной стали (сечением 6×18 мм); в зазоре между сердечником и электромагнитом (менее 0,5 мм на сторону) размещена ниобиевая сверхпроводящая фольга 2.4 и 2.4' (толщиной 20-300 мк), свернутая как показано на фиг.3; сердечник 2.3 механически связан с выходной осью электропривода 2.5, входные клеммы которого подключены к выходным шинам источника электроэнергии 6, причем выводы обмотки сверхпроводящего магнита 1 приварены к фольге 2.4 и 2.4' точечной сваркой, а выводы обмотки возбуждения 2.2 электромагнита 2.1 связаны с выходными шинами источника электроэнергии 6 через токоограничивающее устройство 4 [1, б].

Достоинство такого способа и системы в сравнительно высокой скорости запитки магнитного потока сверхпроводящего магнита 0,03 Вб в минуту для описанного выше Лейденского генератора №3, а для его усовершенствованной конструкции (Лейденский генератор №4) - 0,1 Вб в минуту.

Недостатки такого способа и реализующей его системы в том, что максимальная магнитная индукция в зазоре генератора, где размещена ниобиевая фольга, не может быть больше индукции насыщения сердечника 2.3 из магнитной стали (порядка 1,5 Тл), а ниобиевый провод электромагнита 2.2, ниобиевая фольга 2.4 и 2.4' генератора и ниобий-титановый провод сверхпроводящего магнита 1 охлаждаются потоком жидкого гелия при температуре 4,2 К, создаваемой криорефрижераторной установкой. Это делает невозможным применение таких топологических генераторов для запитки сверхпроводящих магнитов с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников и такой же фольгой топологического генератора, критическая магнитная индукция которых не может быть меньше 10÷12 Тл и которые охлаждаются, создаваемой криорефрижераторной установкой, потоком холодного азота до температуры 75÷80 К.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ и система запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока с использованием сверхпроводящих ключей-перемычек с магнитным управлением, сверхпроводящая обмотка которых выполнена из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) [2, 3]. Способ запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока заключается (см. фиг.4) в том, что каждый сверхпроводящий магнит 1 со сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 с обмоткой 2.1 магнитного управления охлаждаются криорефрижераторной установкой 3 до устойчивого сверхпроводящего состояния (температуры 75÷80 К), после чего, запитывая обмотку 2.1 магнитного управления током, переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2 в резистивное состояние и запитывают сверхпроводящий магнит 1 от собственно подсистемы запитки 5 до требуемого максимального тока I_СМ, затем отключают ток в обмотке магнитного управления и переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2.1 снова в сверхпроводящее состояние, чем замыкают через него ток I_СМ сверхпроводящего магнита [2].

Система для реализации такого способа содержит (см. фиг.4): запитываемый сверхпроводящий магнит 1, помещенный в криостат 1.1, сверхпроводящий ключ-перемычку 2 с обмоткой его магнитного управления 2.1, помещенную в криостат 2.2, криорефрижераторную установку 3, связанную со сверхпроводящим магнитом 1 и ключом-перемычкой 2 теплоизолированными трубопроводами, датчик-измеритель тока 4 сверхпроводящего магнита 1, преимущественно холловского типа, собственно, подсистему 5 запитки сверхпроводящего магнита 1 (включающую в себя емкостный накопитель С_СМ, выводы которого через запираемый ключ Т1 тиристорного или транзисторного типа подключены к выводам обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1 и через зарядное устройство ЗУ связаны с выходными шинами источника электроэнергии 6, а выводы обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1 которого через сверхпроводящие провода в криостатных соединительных трубках связаны с выводами сверхпроводящей обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2), подсистему 7 питания обмотки 2.1 магнитного управления (включающую в себя емкостной накопитель С_МУ магнитного управления, выводы которого через управляемый ключ Т2 тиристорного типа подключены к выводам обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 и через зарядное устройство ЗУС_МУ емкостного накопителя С_МУ связаны с выходными шинами источника электроэнергии 6), блок управления системой запитки, связанный с выходными шинами источника электроэнергии 6, управляющие входы и выходы, которого также, связаны с подсистемами собственно запитки 5 сверхпроводящего магнита 1 и питания 7 обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, датчиком температуры и электрических параметров системы запитки и с криорефрижераторной установкой 3 [2].

Основные недостатки таких базового способа и системы запитки-прототипа [2] связаны с весьма большими массой, стоимостью и мощностью системы и обмотки управления 2.1 сверхпроводящего ключа-перемычки, которые во много (в десятки и сотни раз) больше соответствующих показателей рассматриваемых ниже предложенных способа и системы, в основном из-за весьма большой критической магнитной индукции B_C≥10÷12 Тл высокотемпературных сверхпроводников сверхпроводящей обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2.

Технический результат или цель изобретения - уменьшение массы, стоимости и мощности системы запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока, а также обмоток управления 2.1 сверхпроводящими ключами-перемычками 2.

1. Поставленный технический результат или цель изобретения достигаются тем, что в способе запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока, заключающемся в том, что каждый сверхпроводящий магнит 1 (см. фиг.1) со сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 охлаждают до устойчивого сверхпроводящего состояния, после чего запитывают обмотку управления 2.1 ключа-перемычки 2 током и переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2 в резистивное состояние, после этого запитывают сверхпроводящий магнит 1 до требуемого мгновенного тока I_СМ, после чего обесточивают обмотку управления 2.1 ключа-перемычки 2, переводят сверхпроводящий ключ-перемычку 2 снова в сверхпроводящее состояние и тем самым замыкают через него накоротко ток сверхпроводящего магнита I_СМ, перевод сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в резистивное состояние осуществляют путем нагрева его обмотки управления 2.1 до температуры выше критической температуры сверхпроводника, затем включают инвертор 5.1 регулируемой частоты с трансформаторным выходом на максимальные неизменные частоту f_m и выходное напряжение U_Тр.Н (см. фиг.2) длительностью до момента времени t_З=t_0H запитки сверхпроводящего магнита 1 неизменной номинальной мощностью P_Тр.Н=U_Тр.НI_СМ и с этого момента уменьшают частоту f, а значит, и выходное напряжение u_Тр. инвертора по следующим зависимостям от времени t_З запитки сверхпроводящего магнита 1

и

соответствующим режиму запитки сверхпроводящего магнита 1 неизменной зарядной мощностью Р_ЗСМ=Р_Тр.Н, где L_СМ - индуктивность сверхпроводящего магнита 1, r_ДСр. - среднее за время запитки в этом режиме активное сопротивление одного диодного вентиля 5.2.1 или 5.2.2 однотактного двухфазного мостового выпрямителя 5.2, a U_F - его пороговое напряжение, в момент времени t_Зm достижения требуемого максимального тока I_СМ запитки, при котором обесточивают обмотку управления 2.1 сверхпроводящим ключом-перемычкой 2, включают криорефрижераторную установку 3 на форсированный режим работы и скачком уменьшают частоту и выходное напряжение трансформатора инвертора 5.1 до их номинальных величин f_H и U_Tp.H=U_F+rД_Ср.I_СМ, которые затем поддерживают неизменными в течение времени охлаждения t_Охл. основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 до температуры ниже критической температуры ее сверхпроводника, в момент времени t_ЗmП перехода основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 снова в сверхпроводящее состояние, ток I_СМ сверхпроводящего магнита замыкается накоротко через основную обмотку ключа-перемычки 2, а инвертор регулируемой частоты 5.1 выключают и переводят криорефрижераторную установку 3 на номинальный режим работы.

2. Поставленный технический результат или цель изобретения достигается тем, что в системе запитки сверхпроводящего магнита в режим замороженного потока по п.1, содержащей запитываемый сверхпроводящий магнит 1 (см. фиг.1) с обмоткой 1.1 из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в криостат 1.2, сверхпроводящий ключ-перемычку 2 с основной обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в свой криостат и с обмоткой управления 2.1, криорефрижераторную установку 3, связанную со сверхпроводящим магнитом 1 и сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 теплоизолированными трубопроводами, датчик-измеритель 4 тока сверхпроводящего магнита, преимущественно холловского типа, собственно подсистему запитки 5 сверхпроводящего магнита 1, выходы которой связаны с выводами обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1, подключенными к выводам основной обмотки ключа-перемычки 2 сверхпроводящими проводами в теплоизолированных трубках с каналами охлаждения проводов, а входы которой - с выходными шинами источника электроэнергии 6, подсистему 7 питания обмотки управления 2.1 ключа-перемычки 2, выходы которой через управляемый ключ 7.1 тиристорного или транзисторного типа подключены к выводам обмотки управления 2.1 ключа-перемычки 2, а входы - к выходным шинам источника электроэнергии 6, и блок управления системой запитки, управляющие входы и выходы которого связаны: с подсистемами 5 и 7 собственно запитки сверхпроводящих магнитов 1 и питания обмотки управления 2.1 ключа-перемычки 2, датчиками температуры и электрических параметров системы запитки и с криорефрижераторной установкой 3, обмотка управления 2.1 выполнена проводами с высоким удельным электрическим сопротивлением типа константала или изобелина и намотана преимущественно бифилярно вместе с основной обмоткой ключа-перемычки 2, собственно подсистема 5 запитки сверхпроводящего магнита 1 состоит из инвертора 5.1 регулируемой частоты с трансформаторным выходом, вторичная обмотка трансформатора которого снабжена тремя выходами от ее концов и средней точки, и из однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 на двух диодных вентилях 5.2.1 и 5.2.2, аноды которых подключены к концам вторичной обмотки трансформатора, а их катоды - к одному из выводов обмотки сверхпроводящего магнита 1, другой вывод которой подключен к отводу от средней точки вторичной обмотки трансформатора инвертора 5.1, и порогового датчика 5.3 изменения тока в основной обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2, при этом входы инвертора 5.1 подключены к выходным шинам источника электроэнергии 6, а криорефрижераторная установка 3 рассчитана на сравнительно кратковременный (от нескольких десятков секунд до нескольких часов) форсированный и длительный (от нескольких месяцев до года) номинальный режимы работы за один цикл запитки сверхпроводящих магнитов и при необходимости может быть подключена к равному числу n_СМ=n_СКП>1 сверхпроводящих магнитов и сверхпроводящих ключей-перемычек для их охлаждения.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы запитки сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока согласно изобретению.

На фиг.2 представлены примерные графические зависимости частоты f, выходного напряжения u_Тр. трансформатора инвертора 5.1 и тока запитки сверхпроводящего магнита i_СМ 1 от времени t_З его запитки, поясняющие предлагаемый способ запитки сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока.

Система запитки сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока по фиг.1 содержит:

запитываемый сверхпроводящий магнит 1 с обмоткой 1.1 из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), помещенный в криостат 1.2;

сверхпроводящий ключ-перемычку 2 с основной обмоткой из ВТСП и с обмоткой 2.1 его теплового управления из провода с высоким удельным электрическим сопротивлением типа константала или изобелина, намотанной бифилярно вместе с основной обмоткой, которая помещена в криостат 2.2;

криорефрижераторную установку 3, связанную со сверхпроводящим магнитом 1 и сверхпроводящим ключом-перемычкой 2 теплоизолированными трубопроводами;

датчик-измеритель тока 4 запитки сверхпроводящего магнита 1 преимущественно холловского типа;

собственно подсистему 5 запитки сверхпроводящего магнита 1 током, включающую в себя инвертор 5.1 регулируемой частоты с трансформаторным выходом, входы которого связаны с выходными шинами источника электроэнергии, а три выхода образуют начало, конец и отвод от средней точки вторичной обмотки трансформатора инвертора 5.1, однотактный двухфазный выпрямитель на двух диодных вентилях 5.1.1 и 5.1.2, аноды которых подключены к началу и концу соответственно вторичной обмотки трансформатора инвертора регулируемой частоты 5.1, а их катоды к одному из выводов обмотки 1.1 сверхпроводящего магнита 1, другой вывод которой подключен к отводу от средней точки вторичной обмотки трансформатора, а оба вывода обмотки сверхпроводящего магнита 1 связаны с выводами основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 проводами из ВТСП, помещенными в теплоизолированные соединительные трубки с каналами их охлаждения;

подсистему 7 питания обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, входы которой подключены к выходным шинам источника 6 электроэнергии, а выходы через управляемый запираемый ключ 7.1 тиристорного или транзисторного типа - к выводам обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2;

пороговый датчик 5.3 изменения тока в основной обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки преимущественно индукционного типа;

блок управления системой запитки, подключенной к выходным шинам источника 6 электроэнергии, управляющие входы и выходы которого связаны с инвертором регулируемой частоты 5.1, подсистемой 7 питания обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, датчиками температуры и электрических параметров системы запитки и с криорефрижераторной установкой 3, при этом криорефрижераторная установка в одном цикле ее работы рассчитана на сравнительно кратковременный (от нескольких десятков секунд до нескольких часов) форсированный и длительный (от нескольких месяцев до года) номинальный режим ее работы и при необходимости подключена к равному числу n_СМ=n_СКП>1 сверхпроводящих магнитов и сверхпроводящих ключей-перемычек для их охлаждения.

Работа предлагаемой системы запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока по п.1 описания и формулы изобретения заключается в следующем. Приблизительно на 1-3 суток до использования сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока криорефрижераторную установку 3 подключают к источнику 6 электроэнергии, и обмотка 1.1 сверхпроводящего магнита 1 и основная сверхпроводящая обмотка 2.1 сверхпроводящего ключа-перемычки 2 охлаждаются потоком холодного азота до приемлемой температуры их устойчивого сверхпроводящего состояния Т_СМ≈75÷80 К и Т_СКП=Т_С-ΔТ_С-2 К=92 К соответственно, где Т_С=95 К и ΔТ_С=1 K - критическая температура и ширина сверхпроводящего перехода высокотемпературного сверхпроводника [4]. За несколько часов до использования сверхпроводящего магнита 1 в режим замороженного потока включают инвертор 5.1 регулируемой частоты с прямоугольной формой выходного напряжения и блоком управления системой запитки устанавливают (см. фиг.2) полочку неизменных частоты f=f_m=const и выходного напряжения u_Тр.=u_Тр.m=const длительностью времени t_З запитки сверхпроводящего магнита от t_З=0 до времени t_З=t_0H начала запитки (заряда) сверхпроводящего магнита 1 неизменной зарядной мощностью P_ЗСМ=P_Тр.Н=U_Тр.HI_СМ=const, где Р_Тр.Н - номинальная зарядная мощность при требуемом максимальном токе I_СМ запитки сверхпроводящего магнита и номинальном выходном напряжении U_Тр.H трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты. Время t_0Н начала запитки сверхпроводящего магнита неизменной мощностью определяется выражением:

где r_Д0Н - среднее активное сопротивление диода 5.2.1 или 5.2.2 однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 за время t_0Н, которое с достаточной для инженерных расчетов точностью равно ; L_СМ - индуктивность сверхпроводящего магнита 1; - постоянная времени запиточной (зарядной) цепи при ее среднем за время t_0Н активном сопротивлении, приведенном к вторичной обмотке трансформатора инвертора регулируемой частоты 5.1 r_ЗУ=r'_ИРЧ+r_Д0Н при приведенном к этой обмотке активном сопротивлении r'_ИРЧ инвертора регулируемой частоты. За время t_З=t_0H ток запитки сверхпроводящего магнита 1 достигает величины

которая минимум в 7 раз меньше тока I_СМ. После этого уменьшают выходное напряжение трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты и его частоту по следующим зависимостям от времени t_З запитки от t_0H до t_Зm

и

соответствующим режиму запитки (заряда) сверхпроводящего магнита 1 неизменной зарядной мощностью P_ЗСМ=P_Тр.Н=const, где r_ДСр. - среднее активное сопротивление диода 5.2.1 или 5.2.2 однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 в указанном выше диапазоне времени (от t_0H до t_Зm), а U_F - их пороговое напряжение. В момент времени t_З=t_З конца запитки сверхпроводящего магнита 1 его ток достигает требуемого максимального значения i_СМ=I_СМ, а частота и выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты - своего конечного значения f=f_K и u_Тр.=U_Тр.К, которые рассчитываются по выражениям (3) и (4) при подстановке в них t_З=t_Зm. Затем скачком уменьшают выходное напряжение трансформатора инвертора 5.1 регулируемой частоты и его частоту до номинальной величины U_Тр.Н≈U_F+r_ДСр.I_СМ и поддерживают их, и ток I_СМ неизменными за все время t_Охл. охлаждения сверхпроводящего ключа-перемычки 2, а обмотку 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 - обесточивают. В момент времени t_З=t_Зm включают криорефрижераторную установку 3 на форсированный режим работы и охлаждают основную сверхпроводящую обмотку сверхпроводящего ключа-перемычки 2 до сверхпроводящего состояния, которое наступает в момент времени t_ЗmП=t_Зm+t_Охл. и контролируется пороговым датчиком 5.3 изменения в ней тока. В этот момент ток I_СМ запитки сверхпроводящего магнита 1 замыкается через основную сверхпроводящую обмотку сверхпроводящего ключа-перемычки 2, пороговый датчик изменения тока 5.3, преимущественно индукционного типа, генерирует управляющий импульс напряжения и тока, который через блок управления системой запитки скачком уменьшает частоту и выходное напряжение трансформатора до нуля и переводит криорефрижераторную установку 3 в номинальный режим ее работы, а сверхпроводящий магнит 1 переходит из режима его запитки в режим замороженного потока (неизменного тока I_СМ=const), который может длиться без заметного уменьшения тока I_СМ от нескольких месяцев до года.

Для доказательства преимуществ предлагаемых способа и системы над базовым способом и системой-прототипом [2] по разработанной нами методике был произведен расчет предлагаемой и базовой систем запитки n_СМ=12-и сверхпроводящих магнитов 1 с n_СКП=n_CM=12-ю сверхпроводящими ключами-перемычками 2 с тепловым управлением предлагаемой и с магнитным управлением для базовой системы-прототипа. Все 12-сверхпроводящих магнитов 1 и 12-сверхпроводящих ключей-перемычек 2 расположены на салазках, запитываются в режим замороженного потока и охлаждаются одной общей крио-рефрижераторной установкой 3, являются «ротором» линейного вентильно-индукторного двигателя высокоскоростного транспорта и одновременно совместно с термоинерционными электромагнитами путевого полотна с алюминиевыми проводами создают не только движущую силу салазок, но и их магнитный подвес над путевым полотном и боковые стабилизирующие силы [5]. Кроме того, на салазках размещены: криорефрижераторная установка 3, аккумуляторная батарея для питания криорефрижераторной установки и зарядно-разрядное устройство аккумуляторной батареи. Собственно подсистема 5 запитки всех n_СМ=12-и сверхпроводящих магнитов 1 и подсистема питания обмоток управления всех n_СКП=n_СМ=12-и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 размещены вне салазок на станции отправления высокоскоростного транспорта, их источником 6 является трансформаторная подстанция с линейным выходным напряжение U_Л=380 В и трехфазный мостовой выпрямитель этого напряжения, а указанные выше подсистемы для каждого сверхпроводящего магнита 1 и сверхпроводящего ключа-перемычки 2 выполнены по фиг.1 для предлагаемой и по фиг.4 для базовой системы.

Расчет предлагаемой системы и базовой системы-прототипа проведен для следующих исходных характеристик.

а. Общие для предлагаемой системы и базовой системы-прототипа, принятые и рассчитанные характеристики каждого сверхпроводящего магнита 1:

средний диаметр сверхпроводящего магнита d_СМ=0,6 м [5];

максимальный ток запитки сверхпроводящего магнита I_СМ=1000 А;

число витков в обмотке сверхпроводящего магнита w_СМ=1350;

эквивалентный радиус квадратного сечения обмотки сверхпроводящего магнита r_SCM=0,0535 м и размер его одной стороны b_SCM=0,0949 м, а рабочая плотность тока в ВТСП-пленке обмотки сверхпроводящего магнита, выполненной из провода с полиэтиленовой изоляцией при максимальной рабочей магнитной индукции < 10 Тл, принята равной 3·10⁸ A/м²;

индуктивность сверхпроводящего магнита L_СМ=1,411 Гн;

масса собственно обмотки сверхпроводящего магнита при массовой плотности ВТСП-пленки 6000 кг/м³ [5] и полиэтиленовой электроизоляции 940 кг/м³ m_ОСМ=55,7 кг;

толщина стенок криостатов сверхпроводящего магнита и сверхпроводящего ключа-перемычки из высокопрочного углепластика 0,01 м, а его средняя массовая плотность 1467 кг/м³;

тепловая слоисто-вакуумная зеркальная теплоизоляция криостатов сверхпроводящего магнита и сверхпроводящего ключа-перемычки характеризуются толщиной 0,01 м, массовой плотностью 120 кг/м³ и удельным теплопритоком в криостаты сверхпроводящего магнита и сверхпроводящего ключа-перемычки через поверхность тепловой слоисто-вакуумной зеркальной теплоизоляции с учетом краевых эффектов 0,085 Вт/м² [6];

масса криостата сверхпроводящего магнита m_Кр.СМ=235 кг;

масса сверхпроводящего магнита в сборе с криостатом m_CM,Кр.=793 кг;

максимальная магнитная индукция в обмотке сверхпроводящего магнита на ее внутреннем радиусе а_1СМ=0,2465 м В_mCM=7 Тл, а магнитная индукция в ее центре В_0СМ=283 Тл;

максимальная магнитная энергия, запасаемая в сверхпроводящем магните E_CMm=7055 кДж.

б. Исходные и расчетные характеристики предлагаемой собственно подсистемы запитки одного сверхпроводящего магнита 1:

диодные вентили 5.2.1 и 5.2.2 однотактного двухфазного выпрямителя 5.2 выполнены каждый из n_Д = 63-параллельно включенных диодов типа Д204-16, каждый из которых характеризуется следующими параметрами: рабочая частота без снижения режимов - 1300 Гц; повторяющееся обратное импульсное напряжение - 100 В; максимально допустимые средний и действующий прямой ток I_ДСр.=16 А и I_Д=251 А; пороговое напряжение U_F≤0,88 В; осредненное дифференциальное сопротивление R_ДдСр.=0,968 мОм; масса диода m_Д=0,0113 кг [7], а использованная зависимость тока i_Д диода от прямого напряжения на диоде Δu_Д=U_F+R_Ддi_Д приведена на рис.8.3 в [7];

входное напряжение инвертора регулируемой частоты 5.1 равно постоянной составляющей напряжения на выходе трехфазного мостового выпрямителя U_ИВх.=U₀=513 В;

в качестве тиристорных ключей инвертора регулируемой частоты 5 1 применены тиристоры КУ108Ж со следующими характеристиками каждого: постоянное напряжение в закрытом состоянии - 1000 В; постоянное обратное напряжение - 500 В; падение напряжения в открытом состоянии при токе I_Откр.=5 A, ΔU_Т=4 B; рабочая частота без снижения режимов при токе I_Откр.=12А-2000 Гц; масса тиристора m_T=0,045 кг; а в сборе с прижимным устройством и радиатором m_T,P=0,22 кг [8];

номинальное, конечное и максимальное выходные напряжения трансформатора инвертора регулируемой частоты 5.1 и соответствующая им частота U_Тр.Н=0,954 В и f_Н=100 Гц; U_Тр.К=2,304 В и f_K=241,6 Гц; U_Тр.m=12,4 В и f_m=1300 Гц;

номинальная и максимальная полные мощности на выходе и входе инвертора регулируемой частоты 5.1 P_Тр.Н=U_Тр.НI_СМ=954 ВТ, S_Тр.K=U_Тр.KI_СМ=2304 ВА и P_ИВх.Н=1022 Вт, S_ИВх.m=2321 ВА;

среднее активное сопротивление диодного вентиля 5.2.1 или 5.2.2 и собственно подсистемы запитки (запиточной цепи) сверхпроводящего 1 за время t_0Н и t_З≤t_Зm, приведенное к выходной обмотке трансформатора инвертора регулируемой частоты r_Д0Н=0,346 мОм и r_CЗ0Н=0,371 мОм, r_ДСр.=0,154 мОм и r_CЗCp.=0,165 мОм;

время (см. фиг.2) начала и конца запитки сверхпроводящего магнита 1 неизменной мощностью P_CЗm=P_CЗН=const=954 Вт t_0H≈15,2 с и t_0Зm≈740 c и соответствующий ему ток запитки сверхпроводящего магнита i_0H≈144 А и I_СМ=1000 А;

масса собственно подсистемы запитки одного сверхпроводящего магнита 1 со сверхпроводящим ключем-перемычкой с тепловым управлением m_ПЗСМ1=6,49 кг при массе трансформатора инвертора регулируемой частоты m_Tр.=3,61 кг.

в. Исходные и расчетные характеристики одного сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с тепловым управлением:

принятая приемлемая максимальная мощность джоулевых потерь в основной сверхпроводящей обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 ΔР_CKm=4,0 Вт при которой ее активное сопротивление в резистивном состоянии R_0CK=38,44 Ом;

максимальная магнитная индукция в центральной области внутренней полости сверхпроводящего магнита 1, где расположена основная сверхпроводящая обмотка сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с каналами ее охлаждения, при суммарном действии обмоток сверхпроводящего магнита 1 и электромагнита путевого полотна B_CKm=4,8 Тл, при которой критическая плотность тока составит j_С=9·10⁸ A/м², а рабочая плотность тока в сверхпроводящем ключе-перемычке 2 в его сверхпроводящем состоянии - j_P=7,2·10⁸ А/м². При этом максимальная магнитная индукция только от воздействия обмотки сверхпроводящего магнита 1 В_CKm=2,96 Тл, а активное сопротивление сверхпроводника в резистивном состоянии - 1·10^-7 Ом·м [3];

длина ВТСП-провода бифилярной основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 l_СПК=534 м, а ее масса с полиэтиленовой электроизоляцией - 4,88 кг;

при принятых длине изобелинового провода обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2, равной длине ВТСП-провода его основной обмотки, и его площади поперечного сечения в 2 раза меньше площади сечения ВТСП-провода, масса провода обмотки 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с полиэтиленовой электроизоляцией толщиной 0,05 мм m_ОТУ=3,22 кг, а его активное сопротивление R_ОТУ=384,2 Ом;

геометрические размеры одновременно наматываемых бифилярных основной сверх-проводящей и теплового управления обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2 каналами охлаждения составляет длина обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2-0,2 м, а их внутренний и внешний радиусы 0,029 м и 0,071 м соответственно;

масса криостата сверхпроводящего ключа-перемычки 2 m_Кр.,К=4,67 кг, а полная масса сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в сборе с обмоткой 2.1 управления и его криостатом и намотанным каркасом m_СКПп=13,74 кг;

требуемая энергия термоинерционного нагрева (от Т_СКПm=93 К до T_СКПm=T_C+ΔT_K+1К=97 К) и охлаждения (от T_СКПm до Т_СКП) обеих обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2 ΔЕ_ОК=7,626 Дж;

время термоинерционного нагрева или охлаждения обеих обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки при указанных выше диапазонах температуры с учетом джоулевого тепловыделения в основной сверхпроводниковой обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 t_НОб.К=t_Охл.=2695 с = 0,749 час;

время нагрева обеих обмоток сверхпроводящего ключа-перемычки 2 обмоткой 2.1 теплового управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 от Т_СКП до Т_СКПm при выделяемой в ней мощности Р_НО=100 Вт, t_НО=72,3 с = 1,2 мин, после чего эта мощность уменьшается до величины теплопритока в криостате сверхпроводящего ключа-перемычки.

г. Исходные и расчетные характеристики одного сверхпроводящего ключа-перемычки 2 с тепловым управлением для базовой системы-прототипа:

максимальный ток в бифилярной основной сверхпроводящей обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 I_KM=I_СМ=1000 А, а ее длина и средний диаметр 0,205 м и 0,2 м соответственно;

максимальная рабочая плотность тока в ВТСП основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 j_P=73·10⁸ A/м² при максимальной магнитной индукции в зоне расположения этой обмотки - 4 Тл;

максимальное напряжение колебательного разряда емкостного накопителя С_СМ на сверхпроводящий магнит 1 Е_EHm=220 В и его действующее значение Е_EH=155,6 В;

средняя максимальная допустимая мощность джоулевых потерь, выделяемая в основной ВТСП обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки 2 во время колебательного разряда емкостного накопителя С_СМ на сверхпроводящий магнит 1 за четверть его периода 40 Вт, ее активное сопротивление - 605,3 Ом;

время передачи энергии из емкостного накопителя С_СМ в сверхпроводящий магнит 1 за четверть периода изменения тока i_СМ от i_СМ=0 до i_СМ=I_СМ=1000 А при максимальной запасаемой в сверхпроводящем магните 1 магнитной энергии 705,5 кДж и КПД такой цепи передачи энергии - 0,985, t_π/2=10,93 с, при котором энергия джоулевых потерь в цепи запитки этой обмотки составит - 437,1 Дж;

масса ВТСП в основной обмотке сверхпроводящего ключа-перемычки равна 35,1 кг, а масса этой обмотки с полиэтиленовой электроизоляцией 38,3 кг;

внутренний и наружный радиусы обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки с каналами ее охлаждения составят 0,0586 м и 0,121 м, а ее полный объем - 0,01898 м;

масса криостата сверхпроводящего ключа-перемычки 2 равна 10,6 кг, а масса намоточного каркаса основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки - 1,83 кг;

масса основной сверхпроводящей обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в сборе с криостатом составит 50,7 кг;

требуемый средний диаметр обмотки у магнитного управления 2.1 сверхпроводящего ключа-перемычки 2 типа катушки Брукса при магнитной индукции в ее центре 6 Тл равен 0,88 м, а ее требуемые ампервитки (Iw)_ОМУ=2,13·10⁷ А (I_ОМУ=4000 А и w_ОМУ=5325, при коммутации тока запитки сверхпроводящего магнита от емкостного накопителя С_СМ в сверхпроводящем магните 1 мощным тиристором с максимальным средним прямым током 4000 А и максимальным рабочим напряжением 6000 В [9]);

индуктивность обмотки магнитного управления составит 33,31 Гн, а максимальная запасаемая в ней магнитная энергия - 266,5 МДж;

требуемая толщина силовой обоймы обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 из высокопрочного углепластика равна - 0,01 м;

объем и масса обмотки магнитного управления с полиэтиленовой электроизоляцией составляет 0,926 м³ и 1900 кг при массе активного материала обмотки управления 2.1 - 1250 кг;

масса сверхпроводящего ключа-перемычки 2 в сборе с криостатом и обмоткой управления равна - 1950 кг;

джоулевые потери энергии в обмотке магнитного управления 2.1 равны - 277,8 МДж;

максимальная энергия разряда емкостного накопителя С_МУ на обмотку магнитного управления 2.1 и емкостного накопителя С_СМ на сверхпроводящий магнит 1 составит 544,3 МДж и 713 кДж соответственно, а масса емкостного накопителя С_МУ и емкостного накопителя С_СМ при достигнутой удельной энергии лучших высоковольтных импульсных емкостных накопителей W_EmEH=9кДж кг [10] - 606 т и 80 кг;

требуемая мощность на входе в зарядное устройство типа полупроводникового преобразователя неизменной мощности [10] при времени заряда емкостного накопителя С_МУ и емкостного накопителя С_СМ с постоянной времени саморазряда 3000 с - 1500 с и КПД зарядного устройства, равного 0,8, - составит 907,2 кВт и 95,1 Вт соответственно;

суммарная масса базовых, собственно, подсистемы запитки сверхпроводящего магнита 1 и подсистемы питания обмотки 2.1 магнитного управления сверхпроводящего ключа-перемычки 2 равна 63,45 т.

д. Исходные и расчетные характеристики криорефрижераторной установки 3 для охлаждения всех 12-и сверхпроводящих магнитов 1 и 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок высокоскоростного транспорта для предлагаемой системы:

требуемая холодопроизводительность криорефрижераторной установки 3 для компенсации теплового потока через поверхность теплоизоляции всех криостатов сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок составит 1,193 Вт, а для теплопритока через их опоры при возможном ускорении салазок 19,62 м/с² (2g) - 0,2374 Вт;

требуемая максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность криорефрижераторной установки 3 для компенсации теплопритока через все 24-токовода 12-и сверхпроводящих магнитов 1 салазок при максимальном и минимальном удельном теплопритоке через один термодинамически оптимизированный токоввод 5,138·10^-4 Вт/А и 2,581·10^-4 Вт/А равна 12,33 Вт и 6,194 Вт соответственно;

максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность криорефрижераторной установки 3 для компенсации всех видов теплопритоков в криостаты всех сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей перемычек 2 салазок составит 54,6 Вт и 7,63 Вт соответственно;

масса криорефрижераторной установки 3 равна 20 кг, а потребляемая ею максимальная и минимальная (номинальная) мощность 3,3 кВт и 1,2 кВт соответственно.

е. Исходные и расчетные характеристики криорефрижераторной установки 3 для охлаждения всех 12-и сверхпроводящих магнитов 1 и 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок высокоскоростного транспорта для базовой система запитки - прототипа сверхпроводящих магнитов 1:

требуемые холодопроизводительности криорефрижераторной установки 3 для компенсации теплового потока через поверхность тепловой изоляции всех криостатов сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей-перемычек 2 салазок составит 1,49 Вт, а теплоприток через их опоры из стопок углепластиковых дисков - 0,3422 Вт;

требуемые максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность для компенсации теплопритока через 24 токовода 12-и сверхпроводящих магнитов 1 салазок при указанных в п.д максимальном и минимальном (номинальном) удельных теплопритоках через один термодинамически оптимизированный токоввод равна 12,33 Вт и 6,194 Вт;

требуемые максимальная и минимальная (номинальная) холодопроизводительность криорефрижераторной установки для компенсации всех видов теплопритоков в криостаты всех сверхпроводящих магнитов 1 и сверхпроводящих ключей перемычек 2 составит 14,16 Вт и 8,03 Вт;

масса криорефрижераторной установки 3 равна 9,0 кг, а потребляемая ею максимальная и минимальная (номинальная) мощность равна 1,4 кВт и 1,3 кВт.

Расчетные основные характеристики предлагаемой и базовой системы с входящими в них подсистемами и устройствами сведем в таблицу.

Таблица
Основные сравнительные характеристики предлагаемой и базовой [2] систем запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока для салазок высокоскоростного транспорта№ п/пНаименование подсистем и устройств системХарактеристики систем и их размерностьПредлагаемая системаБазовая система1.Масса 12-и сверхпроводящих магнитов в сборе с криостатами, кг9529522.Масса 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек без обмотки управления, кг1266083.Масса обмоток управления 12-ю сверхпроводящими ключами-перемычками, кг38,7228004.Полная масса 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек в сборе с криостатами и обмотками управления, кг165234005.Масса, собственно, систем запитки 12-и сверхпроводящих магнитов, кг77,910086.Масса 12-и систем запитки 12-и обмоток управления 12-ю сверхпроводящими ключами-перемычками, кг84764007.Максимальная и минимальная мощность, потребляемая 12-ю собственно системами запитки 12-ю сверхпроводящими магнитами от трансформатора подстанции:   - максимальная, кВт27,851,14 - минимальная, кВт12,261,148.Мощность, потребляемая 12-и системами запитки 12-и обмоток управления 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек, кВт1,50108909.Требуемая холодопроизводительность криорефрижераторной установки для охлаждения 12-и сверхпроводящих магнитов и 12-и сверхпроводящих ключей-перемычек салазок:   - максимальная, кВт;54,6012,33 - минимальная, кВт7,636,1910.Масса криорефрижераторной установки, кг20911.Мощность, потребляемая криорефрижераторной установкой:   - максимальная, кВт3,31,4  - минимальная, кВт1,21,312.Суммарная мощность, потребляемая системой запитки 12-и сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока:   - максимальная, кВт;32,6510893 - минимальная, кВт14,961089213.Суммарная масса системы запитки 12-и сверхпроводящих магнитов,1371 78640  из которых на салазках расположено, кг11892443014.Полное время запитки 12-и сверхпроводящих магнитов салазок в режиме замороженного потока, с34351511

Следовательно, указанные в п.1 и 2 заявки и формулы изобретения отличительные признаки предложенных способа и системы запитки сверхпроводящих магнитов, в режим замороженного потока, существенно отличают ее от базовых способа и системы - прототипа [2], позволяют в 574 раза уменьшить ее полную суммарную массу, а, значит, и стоимость системы, и в 333,6 раз и в 728 раз уменьшить потребляемую системой от трансформаторной подстанции максимальную и минимальную мощность, что доказывает выполнение поставленного технического результата или цели изобретения.

Источники информации

1. Казовский Е.Я., Карцев В.П., Шахтарин В.Н. Сверхпроводящие магнитные системы. Под общ. ред. Е.Я.Казовского. - Л.: «Наука». Ленингр. отд-ние, 1967. - 323 с.: а). 5. «Топологические генераторы с движущимся магнитным полем» на с.131-164; б). Подраздел «Лейденские генераторы», №3 и №4 на с.156-157.

2. Проблемы построения сверхпроводящих геомагнитных двигателей летательных аппаратов / Гурьев И.С., Додотченко В.В., Драгунов Б.Н., Жуков В.Н. // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». - М.: Машиностроение, 1999, №7. - с.31-34 - Прототип.

3. Мощные тонкопленочные сверхпроводящие коммутаторы. Реф. журнал Электротехника, выпуск 21 И Электрические машины и трансформаторы. - М.: ВИНИТИ, 1990, №4, реферат 2И271.

4. Особенности ультрадисперсной технологии изготовления высокотемпературной сверхпроводящей керамики / Ю.П.Похолков, О.Л.Хасимов, В.М.Соколов и др. // Электротехника, 1996, №11, с.21-25.

5. Модификации вентильно-индукторных двигателей и особенности их расчетных моделей / Бут Д.А. // Электричество, 2000, №7, с.34-44.

6. Справочник по физико-техническим основам криогеники / М.П.Малков, И.Б.Данилов, А.Г.Зельдович, А.Б.Фрадков // Под ред. М.П.Малков. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 433 с.: Табл.7.9 на с.252, Табл.7.8 на с.250, с.249-250.

7. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О.Г.Чебовский, Л.Г.Моисеев, Р.Б.Недошвин. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400 с.: с.157-169, табл.8.1 на рис.8.3.

8. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А.В.Баюков, А.Б.Грацевич, А.А.Зайцев и др. // Под общ. ред. Н.Н.Гогюнова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 744 с.: с.628-630.

9. Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности / В.Н.Галанов, Ю.А.Шершнев, М.К.Гуревич, М.А.Козлов // Электротехника, 1998, №3, с.48-52.

10. Power supply technology for electric guns / J.H.Dully // IEEE Transactions on Magnetics. - 1991. - Vol.7, №1. - p.329-344.

11. Кныш В.А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 160 с.

Изобретение относится, в основном, к транспортной электроэнергетической технике и предназначено для запитки сверхпроводящих магнитов (СМ) в режим замороженного потока в основном для создания магнитного подвеса и совместно с электромагнитами путевого полотна движущих и стабилизирующих сил высокоскоростного транспорта, а также для запитки СМ геомагнитных моментных двигателей для ориентации и стабилизации космических аппаратов и электрофизической аппаратуры. Технический результат или цель изобретения - уменьшение массы, стоимости и мощности электропитания системы запитки СМ в режим замороженного потока, а также обмоток управления сверхпроводящими ключами-перемычками (СКП). Система запитки СМ содержит: запитываемый током СМ с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которая помещена в криостат; СКП с бифилярными основной обмоткой из ВТСП и обмоткой теплового управления СКП, которые помещены в криостат; криорефрижераторную установку (КУ); датчик-измеритель тока запитки СМ; собственно подсистему запитки СМ, включающую в себя инвертор регулируемой частоты (ИРЧ) с трансформаторным выходом, входы которого связаны с шинами источника питания, а три выхода образуют начало, конец и отвод от средней точки вторичной обмотки трансформатора, и однотактный двухфазный выпрямитель (ОДФВ) на двух диодных вентилях, аноды которых подключены к началу и концу вторичной обмотки трансформатора, их катоды - к одному из выводов обмотки СМ, другой вывод которой подключен к отводу от средней точки вторичной обмотки трансформатора, а оба вывода обмотки СМ связаны с выводами основной обмотки СКП ВТСП проводами, помещенными в теплоизолированные соединительные трубки с каналами для охлаждения проводов; подсистему питания обмотки теплового управления (ОТУ) СКП, выходы которой через управляемый запираемый ключ подключены к выводам ОТУ; пороговый датчик-измеритель тока в основной обмотке СКП и блок управления системой запитки. Способ запитки током каждого СМ заключается в том, что каждый СМ с СКП охлаждают КУ до устойчивого сверхпроводящего состояния, после чего запитывают обмотку ОТУ током и путем нагрева до температуры выше критической температуры ВТСП переводят основную обмотку СКП в резистивное состояние, затем включают ИРЧ на максимальные неизменные частоту и выходное напряжение трансформатора длительностью до момента начала запитки СМ неизменной номинальной мощностью и с этого момента уменьшают частоту, а значит, и выходное напряжение трансформатора по приведенным в описании и формуле изобретения аналитическим зависимостям от времени запитки, соответствующим режиму запитки СМ неизменной номинальной мощностью. При достижении током запитки СМ требуемого максимального значения 1 см обесточивают ОТУ СКП, включают КУ на форсированный режим работы и скачком уменьшают частоту и выходное напряжение трансформатора до их номинальной величины, которые и затем поддерживают неизменными в течение времени охлаждения основной обмотки СКП до температуры ниже критической температуры ВТСП. В момент перехода основной обмотки СКП снова в сверхпроводящее состояние ток I_CM замыкается накоротко через СКП, ИРЧ выключают и переводят КУ в номинальный режим работы. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Способ запитки сверхпроводящих магнитов в режим замороженного потока, заключающийся в том, что каждый сверхпроводящий магнит со сверхпроводящим ключом-перемычкой охлаждают до устойчивого сверхпроводящего состояния, после чего запитывают обмотку управления ключа-перемычки током и переводят сверхпроводящий ключ-перемычку в резистивное состояние, после этого запитывают сверхпроводящий магнит до требуемого максимального тока I_CM, после чего обесточивают обмотку управления ключа-перемычки, переводят сверхпроводящий ключ-перемычку снова в сверхпроводящее состояние и тем самым замыкают через него накоротко ток I_CM сверхпроводящего магнита, отличающийся тем, что перевод сверхпроводящего ключа-перемычки в резистивное состояние осуществляется путем нагрева его основной сверхпроводящей обмотки обмоткой управления до температуры выше критической температуры сверхпроводника, затем включают инвертор регулируемой частоты с трансформаторным выходом на максимальные неизменные частоту f_m и выходное напряжение U_Тр.m длительностью до момента времени t_З=t_0H запитки сверхпроводящего магнита неизменной номинальной мощностью Р_Тр.H=U_Тр.HI_CM и с этого момента уменьшают частоту f, а значит и выходное напряжение u_Тр. инвертора, по следующим зависимостям, записанными от времени t_З запитки сверхпроводящего магнита:

и

соответствующим режиму запитки сверхпроводящего магнита неизменной зарядной мощностью Р_ЗСМ=Р_Тр.Н, где L_CM - индуктивность сверхпроводящего магнита, r_ДСр. - среднее, за время запитки в этом режиме, активное сопротивление одного диодного вентиля однотактного двухфазного мостового выпрямителя, a U_F - его пороговое напряжение в момент времени t_Зm достижения требуемого максимального тока L_CM запитки обесточивают обмотку управления сверхпроводящим ключом-перемычкой, включают криорефрижераторную установку на форсированный режим работы и скачком уменьшают частоту и выходное напряжение трансформатора инвертора до их номинальной величины f_H и U_Тр.H=U_F+r_Дср.I_CM, которые затем поддерживают неизменными в течение времени t_Охл. охлаждения основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки до температуры ниже критической температуры ее сверхпроводника, в момент времени 1_ЗmП перехода основной обмотки сверхпроводящего ключа-перемычки снова в сверхпроводящее состояние ток I_CM сверхпроводящего магнита замыкается накоротко через основную обмотку ключа-перемычки, а инвертор регулируемой частоты выключают и переводят криорефрижераторную установку на номинальный режим работы.