RU2007770C1 - Current clipping device - Google Patents

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: sections 3, 4 of winding split into halves are placed on two rods of three-rod magnetic circuit 1 of current clipping device. One rod has a space where shield of high-temperature superconducting material is placed and shaped as closed surface which covers all section of rod. This allows regulation of magnetic flow and, consequently, current in circuit where device is included. Device can be supplied with additional winding. This results in possibility of current regulation according to transformer scheme. Shield can be made as plate or film. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, преимущественная область применения - защита сверхпроводниковых устройств от работы в аварийных режимах. The invention relates to electrical engineering, the primary field of application is the protection of superconducting devices from emergency operation.

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. An analogue is a transformer for limiting short-circuit currents, on one of the rods of which the primary winding is located. On one yoke is a superconducting secondary winding and a magnetic field shield connected in series with it in the form of a short-circuited superconducting winding. On the other yoke, secondary and additional windings made of ordinary wire are connected in series. When the current in the superconducting secondary circuit exceeds the nominal value and transfers the screen of the magnetic field to a normal state, the magnetic flux can enter the additional winding, which will increase the fraction of energy transferred to the ordinary secondary circuit and lead to current limitation in the superconducting secondary circuit. The disadvantage is the small depth of current limitation.

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. The prototype is a current-limiting device, on one of the three rods of which the primary winding is located. On two other cores of the magnetic circuit there are two equal sections of the secondary winding included in such a way that the emf induced in them compensate each other. This is how the device works in current limiting mode. In the transformation mode, the device operates when the magnetic field screen, made in the form of a short-circuited superconducting winding, is in the superconducting state. In this case, the magnetic flux does not pass through the screen of the magnetic field into one of the sections of the secondary winding, the EMF does not compensate, and there is no current limitation. The disadvantage is the lack of the ability to smoothly control the current limiting depth.

Цель изобретения - создание возможности плавного регулирования глубины токоограничения. The purpose of the invention is the creation of the possibility of smooth regulation of the depth of current limitation.

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. This goal is achieved by the fact that the magnetic field screen is located in the gap of the magnetic circuit and covers its entire cross section, and it does not have any discontinuities within the projection of the magnetic circuit cross section onto the surface of the magnetic field screen through which the magnetic field could pass. Thus, the magnetic field screen is a closed surface. The simplest version of a closed surface is a plate. The magnetic field shield is made of a high temperature superconductor (HTSC). HTSC materials have a low conductivity in the normal state, which allows them to be placed across the magnetic field, while the induced eddy currents are small and are not able to heat the screen of the magnetic field and, thus, affect its operation mode. The use of HTSC materials also allows to increase the operating temperature of the device.

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. The essence of the invention lies in the fact that, unlike the prototype, the magnetic field can pass through the material of the screen of the magnetic field only in the form of quanta of the magnetic field through the Abrikosov vortices. Thus, the magnitude of the magnetic flux passing through the screen is determined by the number of Abrikosov vortices per unit surface area of the magnetic field screen, i.e., their surface concentration, which can be changed by acting on the superconducting material with either an electric current or a magnetic field, or changing its temperature.

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. The drawing shows a current-limiting device. The device is made in the form of a reactor with a three-core magnetic circuit 1, in the gap of one of the rods of which a magnetic field screen 5 is placed that covers the entire cross section of the rod. On two other rods are two equal sections 3, 4 of the winding, connected by ends and their magnetic field is summed in the rod with a magnetic field screen. When the screen material of the magnetic field is in a normal state, the magnetic field passes through it unhindered and the inductances of each section and the current-limiting device as a whole are maximum. In the superconducting state, the magnetic field shield does not transmit a magnetic field. The inductances of the sections are subtracted and the inductance of the device is minimal. By acting on the screen of the magnetic field with current, magnetic field, changing its temperature, it is possible to smoothly change the surface concentration of Abrikosov vortices within the mixed state, that is, to change the magnetic flux passing through the screen. This allows you to smoothly change the inductance of the device and, if it is included with the load in the AC circuit, to smoothly limit the current through the load. To increase the depth of current limitation, it is necessary to increase the length of the field lines bypassing the screen of the magnetic field. For this, the magnetic field screen, as a closed surface, can be made in the form of a cup, the bottom of which is located in the gap of the magnetic circuit. In this case, a through gap is necessary in the lateral surface in order to exclude the flow of current along it, as in a short-circuited turn.

Технологически проще экран магнитного поля выполнить в виде пленки ВТСП-материала, нанесенной на замкнутую поверхность из диэлектрического материала. It is technologically simpler to perform a magnetic field screen in the form of a film of HTSC material deposited on a closed surface of dielectric material.

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.The current-limiting device can be made in the form of a current-limiting transformer, for which the magnetic field screen is placed on one rod from one of the sections of the first winding, and the second winding 2 is located on the third rod of the magnetic circuit. (56) Copyright certificate of the USSR
N 714522, class H 01 F 27/34, 1976.

Авторское свидетельство СССР
N 608205, кл. H 01 F 27/34, 1976. USSR copyright certificate
N 608205, CL H 01 F 27/34, 1976.

Claims (5)

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. 1. CURRENT LIMITING DEVICE containing a three-core magnetic circuit, a sectioned winding, divided into two sections, located on two rods of the magnetic circuit, one section on each, and connected by ends, and a superconducting magnetic field shield, characterized in that, in order to create the possibility of smooth regulation depth of current limitation, one of the rods has a gap, the screen is made of a high-temperature superconducting material in the form of a closed surface and is located in the gap of the rod, completely overlapping I rod section. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор выполнен на стержне, свободном от обмотки. 2. The device according to p. 1, characterized in that the gap is made on the rod, free from winding. 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. 3. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional winding, a sectioned winding section is located on the rod with a gap, and an additional winding is located on the third rod. 4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что замкнутая поверхность выполнена в виде пластины. 4. The device according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that the closed surface is made in the form of a plate. 5. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что замкнутая поверхность выполнена в виде пленки на диэлектрической пластине.  5. The device according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that the closed surface is made in the form of a film on a dielectric plate.