Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
замкнута на дополнительное внешнее сопротивление, выведенное за пределы
криостата (рис. 3-3,в).
4-865 49
Понятно, что схема рис. 3-3,а соответствует незащищенному соленоиду.
Условимся сопротивление защитного соленоида обозначать через Ra.c, а
включенное в цепь защитного контура внешнее сопротивление - через /?внеш-
В схеме рис. 3-3,с в схеме
рис. 3-3,6 /?внбш=0) в схеме рис. 3-3,6 О^/^внеш^ °°-
ч,
д
200
150
100
50
О
Рис. 3-4. Характеристики перехода сверхпроводящего соленоида в нормальное
состояние.
/ - защитная обмотка разомкнута; 2 - защитная обмотка замкнута.
На рис. 3-4 представлены результаты экспериментального исследования
небольшого сверхпроводящего соленоида [Л. 3-4], обмотка которого намотана
одновременно (бифилярно) с обмоткой из медной проволоки. Сверхпроводящая
обмотка была изготовлена из проволоки 65БТ диаметром 0,25 мм, защитная
обмотка - из медной проволоки диаметром 0,1 мм; каркас соленоида выполнен
из диэлектрика; внутренний диаметр обмотки 16 мм, наружный диаметр 34,5
мм, высота обмотки 35 мм, число витков каждой из обмоток 2700,
критический ток 20,1 А. На графике рис. 3-4,а сплошные кривые относятся к
короткозамкнутой защитной обмотке, а пунктирные кривые -к незащищенному
сверхпроводящему соленоиду (разомкнутая защитная обмотка) при начальном
токе в соленоиде, равном 15 А. На рис. 3-4,6 приведены зависимости
максимальных значений разности потенциалов ?/макс от начального тока в
сверхпроводящем соленоиде /0.
50
уV IVй 11
\[П \м
1/Н N^2
'//V
Как видно из графиков, применение короткозамкнутой защитной обмотки
приводит к резкому снижению разности потенциалов на участке обмотки,
перешедшем в нормальное состояние. При этом полная длительность процесса
перехода заметно возрастает. Из графика рис. 3-4,6 очевидно, что чем
больше начальный ток в со-
Е,
ДЖ
5
4
3
г
1
о
200
j \KaHc=lB30BT Е"
I I
I
• Ес
Ur I\{М \и>м
Wc\ t
10
Вт
4000
3000
гооо
1000
20 30 мс
а)
W (tm)манс /
/
/
/
10
6)
15 . Л
10
в
в
ч
Е
/у /2
3
1о
6)
Рис. 3-5. Зависимости мощности тепловыделения и интегральной энергии от
времени и начального тока.
леноиде (т. е. чем выше значение запасенной энергии), тем относительно
более эффективным становится использование защитной обмотки.
На рис. 3-5,а приведена временная зависимость мгновенной мощности
тепловыделения в соленоиде при разомкнутой (пунктирная кривая) и при
замкнутой вто-
4* 5,
ричной цепи (шс и Шм - мгновенные мощности тепловыделения в первичной и
во вторичной цепях). Там же приведена интегральная энергия, выделившаяся
в виде тепла к данному моменту времени в первичной (Ес) и вторичной (Ем)
цепях. На рис. 3-5,6 изображена зависимость максимума мгновенной мощности
тепловыделения в соленоиде от начального тока, протекающего в нем, для
разомкнутой (кривая /) и замкнутой вторичной цепи (кривые 2 и 3). Кривая
2 относится ко вторичной цепи, кривая 3- к первичной. На рис. 3-5,е
показано, как зависит от начального тока полная энергия, запасенная в
соленоиде и выделяющаяся на перешедшем в нормальное состояние участке
сверхпроводящей о!бмотки при разомкнутой защитной цепи (кривая 1). Кривые
2 и 3 характеризуют энергию, выделившуюся во вторичной и в первичной
цепях при замкнутой вторичной цепи.
Из графиков видно, что использование короткозамкнутой защитной обмотки
приводит к значительному уменьшению мгновенной мощности тепловыделения
1Кмакс на перешедшем в нормальное состояние участке сверхпроводящей
обмотки. При этом чем больше начальный ток в сверхпроводящей обмотке, тем
резче уменьшается №макс и тем большая доля запасенной энергии выделяется
в защитной обмотке. Следует подчеркнуть, что если в первичной
(сверхпроводящей) цепи энергия выделяется на сравнительно малом участке
обмотки, перешедшем в нормальное состояние, то во вторичной (защитной)
цепи энергия выделяется равномерно по всему объему обмотки. Доля
запасенной энергии, выделяющаяся во вторичной цепи, оказывается тем
большей, чем меньше сопротивление этой цепи. Очевидно, что в случае,
когда сопротивление защитной цепи бесконечно велико, т. е. когда
вторичная цепь разорвана, энергия в этой цепи вообще не выделяется.
Уменьшение сопротивления вторичной цепи сопряжено с увеличением
поперечного сечения защитной обмотки и, следовательно, с уменьшением
коэффициента заполнения обмотки сверхпроводящим материалом.
Таким образом, использование короткозамкнутой вторичной обмотки,
индуктивно связанной с первичной (сверхпроводящей) обмоткой, при работе в
режиме "замороженного тока" оказывается эффективным средством снижения
перенапряжений и мощности тепловыде-
52
ления на участке сверхпроводящей обмотки, перешедшем в нормальное
состояние. При этом, однако, вся запасенная энергия выделяется внутри
криостата в сверхпроводящей и защитной обмотках. Следовательно, такой
способ защиты не решает проблемы вывода энергии из криостата.
