Устройство накопления и передачи электромагнитной энергии Советский патент 1979 года по МПК H01L39/16 

(54) УСТРОЙСТВО НАКОПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к области ускорительной техники и техники физического эксперимента и, в частности к уст ройствам накопления и передачи электромагнитной энергии с помощью сверхпроводниковых индуктивных накопителей энер гии. Известны устройства, основанные на запасании энергии в магнитном поле свер проводниковых катушек. Причем передача энергии в нагрузку осуществляется вслед ствие перевода материала обмотки катушки в нормальное состояние, характеризующееся большим значением омического сопротивленияС-П. Перевод обмотки из сверхпроводящего состояния (с нулевым сопротивлением) в нормальное состояние (с конечным больщим сопротивлением) осуществляется вследствие превышения критической температуры либо критической величины магнитного поля. Необходимая энергия сообщается от вспомогательных источников. Известно устройство, содержещее источник тока, нагрузку, накопительную обдмотку, выполненную из сверхпроводкикового материала, дополнительную обмотку, магнитосвязанную с накопительной, к выводам которой подсоединена цепь из последовательно включенных конденсаторной батареи и замыкающего элементе 2 . Недостатком известных устройств с тепловым управлением является низкая скорость срабатывания, а устройств с магнитнь м управлением, кроме того, значительные мощности и габйриты источников управления. Так, если принять необходимое превышение индукции (1О-2О%), то величина энергии вспомогательного источника сооlaBHT (21-44%) от первоначальной сверхпроводящей катушки )21-,44) (Q,.i4-)W, 36 где бц, W . - начальные значения индукции и запасенной энерг ии, соответственно; - конечное значение индукции превышающее критическое значение В V - рабочий объем катушки накопления;JU магнитная проницаемость. Цепью предлагаемого изобретения является сокращение времени срабатывания и уменьшение габаритов устройства. Цель достигается тем,-что в предлагаемом устройстве нагрузка соединена йараллельно с дополнительной обмоткой, 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 сверх проводящего накопителя энергии в нагруз ку. Накопитель энергии, выполненный в виде двух магнитосвязанных встречно включенных обмоток; накопительной 1 и вспомогательной 2, подключен к источни ку питания 3, Один вывод вспомогатель ной обмотки 2 подсоединен непосредстве но к одному из выводов накопительной о мотки 1, а другой вьшод через выключатель 4 и конденсатор5 подключен ко вт рому выводу накопительной обмотки 1, Нагрузка 6 подсоединена непосредственно к выводам вспомогательной обмотки Работа устройства происходит следую щим образом. Накопительная обмотка 1 запитываетс от источника тока 3 до величины тока {О,&-О,95; критического значения. При передаче энергии запускается выключатель 4 и предварительно заряженный кон денсате 5 разряжается на систему встр но включенных по магнитному потоку ка тушек 1 и 2. Величина разрядного тока определяется индуктивностью рассеяния снстемы катушек 1-2. Если суммарное 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 ак контур вспомогательной обмотки 2 представляет цепь с меньщим сопротивл& 8 ием, то ток в накопительной обмотке 1 падает, а во вспомогательной обмотке , согласно закону электромагнитной инукции нарастает. При этом энергия, за- . асенная в магнитном поле обмотки 1, ыделяется на резистивных элементах схеы в отношении, обратно пропорциональяном их сопротивлениям. В предлагаемом устройстве достижение положительного эффекта основано на том, что на период управления обмотка накопителя представляется в виде системы взаимосвязанных .встречно включенных катушек, эквивалентная -индуктивность ко торой принципиально меньше индуктивности уединенной катушки (режим накопления энергии). Причем уменьшение индуктивности пропорционально квадрату коэффициента связи К между обмотками Ч.е ЧИ-к) Уменьшение индуктивности системы позволяет существенно уменьшить фронт разрядного тока, т. в. улучшить временные характеристики. Кроме того, nponoj ционально уменьшению индуктивн(х;ти 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 1О-2О%. 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, раосчитанной на кратковременную работу, несущественно увеличивает габариты н& копителя, так как обмотка может быть выполнена из несверхпроводяшего провода небольшого сечения. Подобные устройства могут найти применение для аварийной эвакуации энергии КЗ крупных сверхпроводящих магнитных систем в технике физического экспер мента, а также для импульсного питания лазерных установок, нагрева газов. им- пульсными токами. Формула изобретения Устройство накопления и передачи электромагнитной энергии, содержащее

источник тока, накопительную обмотку, выполненную из сверхпроводникового материала, дополнительную обмотку, замыкающий элемент, конденсаторную батарею и нагрузку, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени срабатывания и уменьшения габаритов устройства, нагрузка соединена параллельно с дополнительной обмоткой, один на вьшодов которой подсоединен непосредственно к одному из выводов накопительной

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Патент Франции N9 2181218, кл. Н O1V 11/00, опублик. 1974,