Индуктивное устройство Советский патент 1976 года по МПК H01F6/06 

(54) ИНДУКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к тфоиэводству электроиндукционных аппаратов, например трансформаторов, вариометров, дросселей, греаонаторов, магнитных усилителей и т.п., ;включающих в себя обмотки и сердечники, вьтолненные из ферромагнитного материала : Известны индуктивные устройства, со.держащие два магнитопровода, рабочие об.мотки, соединенные согласно-;последовател но, и обмотки подмагничивания, соединенные встречно-последовательно, причем маг нитопроводы вьтолнены из ферро- или ферримагнитного материала. Недостаток устройств, содержащих указанные магнитопроводы, заключается в большой величине потерь устройства в целом, обусловленнЪй потерями в магнитопро воде, возрастающими с увеличением часто:ТЫ.;. . I Для уменьшения потерь в магнитопрово|де предлагаемое устройство помещено в криостат, заполненный хладагентом, например жидким гелием, а магнитопроводы выполнены из сверхпроводящего материала .первого рода. I На фиг. 1 дана схема индуктивного устройства, например дросселя с магнитопро|водами; на фиг. 2 - график зависимости |индукции В от поля Н сверхпроводников первого.рода; на фиг. 3 - график зависиjMocTH средней индукции и дифференциаль1НОЙ магнитной проницаемости от напряженjHOCTH внешнего однородного поля для сверх проводящего сердечника, имеющего форму элипсоида с размагничивающим фактором. ID вдоль направления внешнего поля. I Индуктивное устройство содержат маг1 нитопроводы и 2 , рабочие обмотки 3, I обмотки подмягничивания 4 и криостат 5 ci хладагентом, например жидким гелием.К ; обмоткам подмагничивания подключено .подмагничивающее устройство. Магнитопро-; ;воды 1 и 2 выполнены из материала, например свинца, тантала, олова и т.п., который в сверхпроводящем состоянии является: сверхпроводником первого, рода. Магнитопроводы с обмотками располагаются в криостате с хладагентом, например жидким гелием,в результате чего они оказываются охлажденными до температуры, меньшей температуры перехода Т. Если маглитопроводы 1 и 2 (например, стержни) имеют незамкнутую форму, то конфигурация обмотки 4 выполняется такой, 1фи которой создаваемое ею поле было бы как можно более однородным. Если магнитопроводы (например, тороиды) имеют замкнутую форму, то поле, создаваемое обмоткой 4, должно быть слабо неоднородным. Работа устройства основана на том, что большие изменения магнитного потока при малых изменениях переменного поля Н(то. ка 1-), обусловливающие высокую дифференциальную магнитную проницаемость магнито- провода, вызываются выталкиванием потока из сверхпроводника при возрастании пере менного поля (эфх})ект Мейсснера) и проникновением потока в магнитопровод при уменьшении переменного поля. Применение двух магнито-у . проводов (фиг. 1) обусловлено необходимостью развязки высокочастотной и подмагничиеающей цепей. Для этой цели об1 мЪтки4 намотаны так, что наводимые в них ВЧ Э.Д.С. направлены навстречу друг другу. В сверхпроводнике первого рода в сверхпроводящем состоянии индукция В равн нулю, за исключением тонкого поверхностного слоя (лондоновской глубины проникновения). При наложении магнитного поля Н, превышающего критическое поле сверхпроводника HC сверхпроводимость: . исчезает и (фнг. 2). Для тел конечных размеров или тел, имеющих незамкнутую форму, например для тел эллипсоидной формы В О ; В интервале полей 0 Н Ci-J))He , В Н при ,а в интервале (i-D) Н промежуточное состояние сверхпроводника, В - линейно возрастает от нуля до Не, ; фиг. 3). Здесь D - размагничивающий фактор для направления, вдоль которого приложено магнитное поле, В интервале полей (i-D) - дифференциальная магнитная проницаемость jU. -4-. Таким образом, магнитопровод из сверхпроводника первого рода, помещенный в постоянное поле, приблизительно равное HC ., -Vв по отношению к переменным (высокочас-. тотным) сигналам будет иметь сравнительно высокую магнитную проницаемость, если дли на магнитопровода существенно превысит ег поперечный размер. Если поле Н не вполне однородно или если магнитопровод имеет не эллипсоидальную форму (например, цилиндр), зависимость вен)станет нелинейной HjiicL -rn будет зависеть от поля. Это дает . возмож-i.; ность существенно менять индуктивность устройства путе.м изменения подмагничивающего тока в небольших пределах. Для магнитопровода замкнутой формы (например тора), э(1)фект размагничивающего действия, связанный с наличием концов магнитопровод отсутствует. В этом случае D О, реально достижимые значения дифференциальной магнитной проницаемости определшотся степенью неоднородности магнитного поля, В этом случае JUd.а/ f ° / /ТП / где Нд - напряженность подмагничивающего поля, у - направление, вдоль которого поле HO неоднородно,: d. - размер тела вдоль направления у. Высокие значения jU-d можно получить, еоли: подмагничивающее поле слабо неоднородно. В частном случае тонкого тора прямоугольного сечения с наружным радиусом ,.й и внутренним г., (а-Гмакс р р ) приусловии, чтТполе HO создается током, протекающим по равномерной обмотке тора, judc .i j 5 jLtJiy iS v Viaicc MUH) Для по{1учения значительно большей дифференциальной магнитной проницаемости, необходимо создать поле HQ более медленно меняющееся вдоль радиуса г чем по закону р путем специального конструирования обмотки. Для применения сердечника из сверхпроводника в качестве магнитопровода индуктивного устройства на высоких частотах желательно изготавливать его из. тонких пластин, изолированных друг от друга. Толщины пластинок d должны быть меньше глубины скин-слоя ff в нормальном (несверхпроводящее) состоянии. Следовательно, с учетом лондоновской глубины проникновения Л необходи(у«)хцовлетворить два неравенства .-удельное объемное сопротивление-Кв ОМ.м), в нор мальной фазе вблизи температуры перехода Те, JU. 43r- 10 гн/, jf-частота в герцах. При температуре Т различным р для различных материалов . неравенства удовлетворяются до частот по- рядка 30 МГц. Сердечник целесообразно из Уготавливать мeтoдo f напыления. Кроме того, в тонких пленках в силу специфики механизма проводимости происходит увеличение на один-два порядка величины электр ческого сопротивления по сравнению с мас сивным образцом, f принимается . порядка 10 ОМ.м, что позволяет увеличить толщину пленок. Добротностьсердечника при отсутствии сверхпроводимости - 12-.Р При J4 1 наряду с нормальной фазой существует сверхпроводящая. В этом случае необходимо учитывать фазовый сдвиг между изменением внешнего переменного поля и смещением границы между нормальной и сверхпроводя1аей: фазами. Этот сдвиг должен быть невелик, так как время фазового перехода имеет порядок . : Следовательно, магнитопровод, вьщолненный из сверхпроводника, должен иметь ; малые потери и малую инерционность при подР магничиввяии. Для понижения потерь во всем индуктивном устройстве желательно изготавливать высокочастотную обмотку 3. также из сверхпроводящего материала. ;Формула изобретения Индуктивное устройство, содержащее. два магнитопровода,- рабочие обмотки, соединенные согласно - последовательно и обмотки подмагничивания, соединенные встречно-последовательно, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь в магнитопроводах, оно поме;Шеио в криостат с хладагентом, например .жидким гелием, а магнитопроводы вьшолнены из сверхпроводящего материала перво- го ряда,,