Сверхпроводящее выпрямительное устройство

Союз Советских Социалистических Республик(51) М,Кл. Н 01 1. 39/26 Государственный комитет па делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 15.12.81(71) Заявитель Научно-исследовательский институт ядерной физики,электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С. М, КироваИзобретение относится к сверхпроводящей электротехнике и использует эффект сверхпроводимости для выпрямления переменных токов.Известны сверхпроводящие криотронные выпрямители, в которых выпрямление переменного тока осуществляется вследствие перехода участка сверхпроводящей цепи в один из полуптеркодов выпрямленного тока в нормальное состояние в результате превышения действующим значением магнитного поля критического значения магнитного поля материала 1Критический ток сверхпроводника, помещенного в постоянное во времени однородное магнитное поле, инвариантен к направлению тока в проводнике. Поэтому для работы таких выпрямителей необходимо управляющее устройство, модулирующее ток управляющей обмотки и, соответственно, ее магнитное поле, действующее на выпрямляющую обмотку.Когда магнитное поле управляющей обмотки равно нулю, выпрямительная обмотка находится в сверхпроводящем состоянии, когда же поле превышает критическое значение магнитного поля выпрями- тельной обмотки, она находится в резисторном состоянии. Кроме того, необходимо устройство, синхронизирующее управляющее устройство с выпрямляемым напряжением.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является плоский сверхпроводящий выпрями- тельный элемент, содержащий сверхпроводящую выпрямительную обмотку в виде петли, расположенной в магнитном поле, ориентированном перпендикулярно петле, причем магнитное поле создается слоями фольги из магнитного материала 2),В основу элемента положен принципразмещения проводников выпрямительной обмотки в постоянном во времени магнитном поле, не имеющем пространственного градиента, т. е, в поле, напряженность которого на протяжении радиального размера проводника изменяется от нуля до критического значения. В случае расположе.ния проводника в постоянном во времени неоднородном магнитном поле, перпендику.лярном к его оси, критический ток проводника зависит от направления, в котором он протекает, Здесь имеется в виду магнитное 25 поле, неоднородное в радиальной плоскостипроводника. В этом случае при максимальном внешнем поле на поверхности проводнитоа, близком к критическому, в одном направлении проводник проводит ток, З 0 близкий к критическому току проводника60 66 в отсутствии внешнего магнитного поля.При другом направлении тока критическийток близок к нулю. Это связано с тем, чтов одном случае собственное магнитное поле тока в проводнике в точке с максимальной напряженностью внешнего поля наповерхности проводника вычитается извнешнего поля. В другом случае магнитноеполе тока и внешнее поле в указанной точ.ке складываются,Недостатком такого сверхпроводящеговыпрямительного элемента является сложность изготовления, а также то, что относительно небольшие значения индукциимагнитотвердых материалов исключаютприменение в качестве материала выпрямительной обмотки сверхпроводящих сплавов и соединений, обладающих, большимизначениями критического магнитного поля,т. е, сверхпроводников второго рода, обладающих большой токонесущей способностьюи высоким удельным электросопротивлением в нормальном состоянии. Кроме того, впроцессе работы такого элемента невозмоино изменение полярности выпрямленного тока.Целью настоящего изобретения является упрощение технологии изготовления,уменьшение веса и габаритов, а такжеобеспечение возможности изменения по лярности выпрямленного тока,Указанная цель достигается тем, что впредлагаемое устройство введена обмоткапостоянного магнитного,поля, обмотки устройства выполнены в виде четного числакоаксиальных слоев, в которых проводникивыпрямительной обмотки и обмотки постоянного тока чередуются вдоль слоев, а одноименные части обмоток, расположенныев разных слоях, соединены последовательно, причем части обмоток, расположенныев четных слоях, встречно магнитосвязаны содноименными частями обмоток в нечетных слоях,На фиг. 1 схематически изображеносверхпроводящее выпрямительное устройство с двуслойной обмоткой.Выпрямительная обмотка 1 и обмотка2 постоянного поля выполнены в два слоя,причем проводники обмоток чередуютсявдоль словв и отделены один от другогоизоляционным материалом 3.Направления токов в проводниках обмоток на фиг. 1 показаны для полупериодавыпрямляемого тока, соответствующего высокой проводимости выпрямительной обмотки (сверлпроводящее состояние) .На фиг, 2 изображена электрическаясхема сверхпроводящего выпрямительногоустройства с двухслойной обмоткой.Обмотка постоянного поля 2 создает вобъеме, опраничекном слоями, ностоннноемагнитное поле, равное или близкое по величине к критическому значению 1 мапнитного поля материала выпрямительной об. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мотки 1. При этом практически все поле сосредоточено между слоями, и в то время как постоянное магнитное поле на внутренних частях проводников обмотки 1 по отношению к объему между слоями обмоток близко или равно по величине критическому, на наружных частях проводников постоянное магнитное поле практически равно нулю. При подаче на обмотку 1 пе. ременного напряжения в один из полупе. риодов магнитное поле ее, также ограниченное пространством,между слоями, вычитается из постоянного поля. Действующее значение магнитного поля на внутренних частях проводников обмотки 1 меньше критического, и она находится в сверхпроводящем состоянии (случай, показанный на фиг. 1), В полупериод с обратной полярностью магнитное поле обмотки 1 складывается с постоянным магнитным полем, создаваемым обмоткой 2, При этом вследствие превышения критического значения магнитного поля материала обмотка 1 находится в нормальном состоянии. Изменение полярности выпрямляемого тока во время работы сверхпроводящего выпрями- тельного устройства производится изменением направления тока в обмотке 2 постоянного поля на обратное.Предлагаемое сверхпроводящее выпрямительное устройство позволяет в одном многослойном устройстве, в сверхпроводящем варианте, реализовать, различные выпрямительные схемы, аналогичные схемам на традиционных выпрямительных элементах, например многофазные мостовые вы. прямительные схемы.Формула изобретенияСверхпроводящее выпрямительное устройство, содержащее сверхпроводящую выпрямительную обмотку, о т л и ч а ю щ е е.ся тем, что, с целью упрощения конструкции, а также обеспечения возможности изменения полярности вьгпрямляемого тока, в него введена обмотка постоянного магнитного поля, обмотки устройства выполнены,в виде четного числа коакеиаль 1 ных слоев, в которых проводники выпрямительной обмотки и обмотки постоянното магнитного ноля чвредуются,вдоль. слоев, а одноименные части обмоток, расположенные в разных слоях, соединены последовательно, причем части обмоток, расположенные в четных слоях, встречно магнитосвязаны с одноименными частями обмоток в нечетных слоях,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Игнатов В, Е, Сверхпроводящие преобразователи, выпрямители и выключатели энергетического назначения. Обзор ЭНИН, М., 1974, с. 3 - 56.2. Патент ФРГ Мо 1564639, кл, 21 д 11/03, 1973,588861 оставигель А, Утюж Техред Л, Кукли Корр ек фай едото едактор Тнп. Хьрьк. фил, пред, Патент аказ 23/26 Изд,651 Тираж 784 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5