Устройство для накопления электромагнитной энергии и генерации импульсных токов Советский патент 1992 года по МПК H05H7/04 

Фцг1

Изобретение относится к электро- технике, к разделу импульсной техники, преимущественно мощной импульсной энергетике и может быть использо вано в технике физического эксперимента для создания импульсных магнит- ных полей, ионизации плазмы, накачки лазеров, ускорения макроскопических тел в электромагнитных ускорителях, имитации электромагнитного излучения ядерных взрывов, а также в машиностроении для прессовки и штамповки.

Целью изобретения является снижение потерь накопленной энергии и повышение мощности импульсов тока.

На фиг.1 приведена схема устройства для накопления электромагнитной энергии и генерации импульсных токовj на фиг.2 - осциллограммы токов в устройстве.

Устройство состоит из первичной обмотки 1 с клеммами 2 и 3, вторичной обмотки 4 с клеммами 5 и 6, сверхпро- водяцего экрана 7 со связанным с ним блоком 8 управления, источника 9 по- стоянного тока и нагрузки 10. Первичная обмотка 1, вторичная обмотка 4 и экран 7 могут быть выполнены сверхпроводящими. В качестве источника 9 постоянного тока может быть аккумуляторная батарея, генератор постоянного тока или выпрямитель. В качестве экрана 7 может быть также электропроводящая плазма. В качестве блока 8 управления может быть источник импульсного тока или напряжения, связанный с экраном 7 гальванически, ин- дукционно или тепловым образом. Для повышения надежности работы экрана 7 он может быть выполнен из набора тонкостенных труб, вставленных одна в другую (не показано), что исключает вероятность самопроизвольного перехода экрана в нормальное состояние при скачках магнитного потока в нем на этапе ввода тока.

Устройство работает следующим образом.

К первичной обмотке 1 через клеммы 2 и 3 подключают источник 9 тока, к вторичной обмотке 4 через клеммы 5 и 6 подключают нагрузку 10, экран 7 захолаживают до температуры, ниже критической, т.е. переводят его в сверхпроводящее состояние, тем самым создают магнитный барьер между обмотками 1 и 4. Включают источник 9 тока и заряжают первичную обмотку до номинального

тока Ij| 1Л (фиг. 2) такой

5

величины, чтобы ток 1Э в экране 7 (который наводится в нем при увеличении тока первичной обмотки) не превы-, -шал критического значения, при котором экран переходит в нормальное состояние, т.е. нарушаются его барьерные свойства. Таким образом осуществляют накопление электромагнитной энергии в виде магнитного поля в зазоре между первичной обмоткой и экраном.

Для получения импульса тока в нагрузке включают блок 8 уравления, экран 7 переходит в нормальное состояние, т.е. разрушают магнитный барьер между обмотками 1 и 4. Ток в экране 7 затухает из-за резистивных потерь в нем, во вторичной обмотке 4 и нагрузке 10 возникает ток I2 ()xl0,

удерживающий магнитный поток, который ранее удерживался сверхпроводящим током экрана 7. Импульсный ток 1л, наведенный во вторичной обмотке и нагрузке, затухает, производя по, лезную работу: разогрев нагрузки, образование магнитного поля и т.д.

Перевод экрана 7 в нормальное состояние, т.е. получение импульса тока во вторичной цепи, может осуществляться без блока 8 управления, путем заряда первичной обмотки до тока свыше номинального, при этом ток в экране 7 превысит его критический ток, экран перейдет в нормальное состояние, во вторичной обмотке 4 генериру0

ется импульсный ток.

Для поддержания обмотки 1 и экрана 7 в СП состоянии на этапе ввода тока необходимо охладить их до температуры ниже их температуры сверхпро- водящего перехода. Поскольку энергия, запасаемая в накопителе, описывается выражением U В2 /2 /ц , то первичную обмотку выполняют цз СП с высокой то- конесуцей способностью в сильных маг- нитных полях. Такие СП выполняются в виде длинных многожильных проводов с Tk 10-15 К (, NbTi) и захолаживают дорогостоящим жидким гелием.

Экран может быть выполнен в виде цилиндров, шайб, поэтому имеется возможность выполнить их из высокотемпературных СП материалов типа Y,,Ba2Cu.jCU с Тк О: 90 К, и захолаживать их или газообразным гелием, или жидким азотом.

Потери в экране могут быть менее 10%, что приводит к увеличению КПД и увеличению мощности импульса. Снижение потерь энергии в холодндй зоне

51736016

т также на .этапах заряда наи хранения энергии ввиду-топощи о це эн со по на

го, что экран является короткозамкну- тым сверхпроводящим контуром, практически без омических потерь.

Формула изобретения

1. Устройство для накопления электромагнитной энергии и генерации импульсных токов, содержащее индуктивный накопитель, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная снабжена клеммами для

подключения к нагрузке, и коммутирующий элемент с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь накопленной энергии и повышения мощности импульсов тока, коммутирующий элемент выполнен в виде сверхпроводящего экрана, размеренного между обмотками,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первичная .и вторичная обмотки индуктивного накопителя выполнены в виде коаксиальных соленоидов, а сверхпроводящий экран в виде трубки между ними.

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к мощной импульсной энергетике, технике физического эксперимента для создания импульсных магнитных полей, ионизации плазмы. Цель изобретения - снижение потерь накопленной энергии и повышение мощности импульсов тока. Для этого в устройстве для накопления электромагнитной энергии и генерации импульсных токов с индуктивным накопителем между первичной и вторичной обмотками 1 и 4 установлен сверхпроводящий экран 7 с блоком управления 8, выполняющий функцию коммутатора. За счет отсутствия потерь на коммутаторе повышается КПД устройства и мощность генерируемых импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

О

t

Фиг.1