Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
значительно более опасным является случай защиты с помощью разряда на
активное сопротивление, так как при этом пробой изоляции может произойти
при максимальном токе в системе.
Что же касается эффективности рассматриваемых систем защиты с точки
зрения уменьшения перенапряжения на участке обмотки, перешедшем в
нормальное состояние, то использование активного сопротивления является
предпочтительным по сравнению с использованием конденсатора. В самом
деле, поскольку в начале процесса напряжение на обкладках конденсатора
отсутствует, то в этот период энергия эвакуируется из соленоида медленнее
и ток в цепи падает медленнее, чем при использовании активного
сопротивления. Медленное снижение тока в цепи приводит к более быстрому
распространению нормальной зоны по обмотке (вследствие большей мощности
тепловыделения), т. е. к более быстрому росту сопротивления этой зоны, и,
следовательно, к большим значениям разности потенциалов на нормальном
участке обмотки соленоида.
Очевидно, что с точки зрения скорости эвакуации энергии из криостата
наиболее эффективной является
§6
такая схема защиты, при которой энергия выводится при постоянном
напряжении, равном максимально допустимому (по условиям электрической
прочности изоляции) напряжению на токоподводах U. Поскольку ток в цепи в
процессе перехода соленоида в нормальное состояние падает, то для
выполнения условия U= const необходимо обеспечить соответствующий рост
внешнего активного сопротивления в процессе перехода. Напря-
0,5
о
Рис. 3-9. Временные зависимости тока соленоида для различных схем
разряда.
1 - через конденсатор; 2 - через активное сопротивление:
3 - через элемент с постоянным напряжением; 4 - через цепь с
неотключенным источником питания.
жение при разряде соленоида после его отключения от источника питания
можно поддерживать примерно постоянным с помощью таких элементов, как
нелинейное сопротивление, предварительно заряженный конденсатор большой
емкости, аккумуляторная батарея, выдерживающая большие импульсы тока, и
т. п.
Сказанное иллюстрируется приведенными на рис. 3-9 временными
зависимостями тока в цепи одного из экспериментальных соленоидов,
подключенных к внешнему источнику питания. Из графика, построенного по
экспериментальным данным (Л. 5-8], очевидно, что наиболее эффективной
является защита, выполненная по схеме с разрядом при постоянном
напряжении.
Одной из перспективных схем реализации этого метода защиты является
разряд сверхпроводящей магнитной системы на инверторный преобразователь,
позволяющий передать запасенную в системе энергию в сеть переменного
тока. При этом инвертирование запасенной энергии может быть осуществлено
либо при постоянном среднем значении мощности, либо при постоянном
среднем значении напряжения на концах соленоида, равном среднему значению
встречного напряжения - противо-э. д. с. инвертора.
59
Выше отмечалось, что в случае, когда в процессе выведения энергии из
соленоида напряжение на его концах поддерживается постоянным, скорость
выведения энергии максимальна по сравнению с любыми другими режимами.
Отсюда очевидно, что второй из названных вариантов инвертирования
представляет интерес в качестве эффективного метода защиты крупных
сверхпроводящих магнитных систем различного назначения в процессе их
аварийного перехода в нормальное состояние. В этом случае инверторный
преобразователь используется в качестве внешней нагрузки.
По сравнению с обычно используемыми в таких случаях в качестве средств
защиты нагрузочными сопротивлениями полупроводниковые инверторы
несравненно более компактны и не требуют мощной системы охлаждения.
Указанные преимущества связаны с тем, что в инверторах рассеивается лишь
незначительная доля энергии, выводимой из магнитной системы; до 99%
энергии, запасенной в соленоиде, передается в электрическую сеть. Это
обстоятельство имеет существенное значение, поскольку, как уже
отмечалось, в современных сверхпроводящих магнитных системах запасенная
энергия достигает порядка 108 Дж, а в стадии изготовления находятся
системы с энергией порядка 109 Дж.
Для оценки эффективности рассматриваемого метода защиты был исследован
разряд сверхпроводящего соленоида на инверторный преобразователь [Л. 3-
9]. Результаты проведенных экспериментов подтвердили вывод о том, что
использование инверторного преобразователя является высокоэффективным
средством эвакуации энергии, запасенной в сверхпроводящей магнитной
системе, при аварийном переходе ее в нормальное состояние.
Рассмотрим еще одну комбинированную схему защиты сверхпроводящей
магнитной системы, подключенной к источнику питания. В этой схеме обмотка
сверхпроводящей системы индуктивно связана с коротко-замкнутой вторичной
обмоткой малого сопротивления. Вторичная обмотка выполняется таким
образом, чтобы ее индуктивность была равна индуктивности первичной
(сверхпроводящей) обмотки, а коэффициент магнитной связи обмоток был
близок к единице.
