РАЗДЕЛ 2
РАБОТА КРИОРЕЗИСТИВНЫХ ОБМОТОК В КРАТКОВРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ ПРИ ВЫСОКИХ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗКАХ
2.1. Особенности расчета и протекания процесса
возбуждения криорезистивной обмотки
При возбуждении КРОВ возникает комплекс нелинейных процессов и явлений. Хотя
расчеты нелинейных процессов различных электромагнитных устройств, связанных с
наличием ферромагнитных сердечников, постоянных магнитов, электронных
элементов, температурного нагрева и др. довольно хорошо исследованы, интерес к
их изучению не ослабевает [262-269]. Так, проблема расчета переходных процессов
при разряде конденсатора на резистор с зависящим от температуры сопротивлением
остается актуальной и интересной до настоящего времени, даже при допущениях,
что индуктивность системы пренебрежимо мала, а сама температурная зависимость
считается линейной [270].
При расчете быстропротекающих процессов, возникающих при нагрузке КРОВ током
высокой плотности, проявляются свои характерные особенности, которые системно
не исследованы. Сопротивление обмотки при нагрузке током в условиях криогенных
температур может иметь большой диапазон изменения, поскольку сильно меняется ее
температура. Кроме того, на его величину влияют как собственное, так и внешнее
магнитное поле от индуктивно связанных электропроводящих элементов. Вследствие
этого происходит перераспределение источников тепловыделений, а значит и
изменение сопротивлений отдельных участков внутри самой обмотки в различной
степени. Это особенно заметно для дисковых или цилиндрических конфигураций
обмоток со значительным превалированием одного из геометрических размеров,
например, тонкие диски, вытянутые цилиндры и др. [271].
Таким образом, в криогенных электромагнитных системах, где процесс носит
взаимозависимый характер, расположение и параметры вторичного
электропроводящего элемента влияют и на тепловые характеристики, и на
сопротивление первичной обмотки.
При высокой плотности тока возбуждение обмотки осуществляется в динамическом
режиме, при котором мощность тепловыделений может превышать мощность
теплоотвода, сопровождаясь стремительным ростом температуры. В это время
сопротивление может быстро возрастать, вплоть до превышения своего значения при
комнатной температуре, а нагрев - вызвать термическое повреждение обмотки.
Процесс интенсивной кратковременной нагрузки током КРОВ определяется рядом
факторов, их совокупностью и сочетанием. Криорезистивная обмотка начинает
процесс возбуждения при одних условиях, а заканчивает при совершенно других
[272]. Электромагнитные и тепловые переходные процессы имеют разную
инерционность, причем на них может оказывать влияние целый ряд дополнительных
факторов, например, конструктивных параметров (пропитка эпоксидным
компаундом, наличие каналов для охлаждения и др.), что делает результаты
процесса неочевидными. Поэтому задача установления основных закономерностей
процесса возбуждения КРОВ при различных условиях является актуальной задачей.
Рассмотрим особенности процесса возбуждения криорезистивных обмоток при
отсутствии и наличии близко расположенных вторичных электропроводящих
элементов, считая, что в процессе динамического возбуждения никаких
механических перемещений не происходит [273]. Такие процессы имеют место в
силовых индукционно-динамических преобразователях, для которых основным
показателем выступает электродинамическое импульсное воздействие при
незначительном перемещении [274, 275].
Допущения. Будем полагать, что первичная обмотка и вторичные электропроводящие
элементы достаточно жесткие и не деформируются в процессе возбуждения. Для
сохранения общности исследования влиянием подводящих проводов и остальных
элементов системы на процесс возбуждения пренебрегаем. Скорости изменения и
величины токов рассматриваемых обмоток таковы, что индуктивностью и активным
сопротивлением емкостного накопителя пренебрегаем. Все вспомогательные и
конструкционные элементы системы (криостат, массивный упор, исполнительный
элемент, соединительные и опорные элементы и др.) выполнены либо
неметаллическими, например, из стеклотекстолита, углепластика, либо из
слабопроводящего металла, например, из нержавеющей стали с высоким удельным
сопротивлением.
Общая методика расчета. Для того, чтобы учесть комплекс взаимосвязанных
электрических, магнитных, тепловых и механических процессов и различные
нелинейные зависимости, возникающие при подключении КРОВ к источнику энергии,
используем следующий подход. Весь переходный процесс при численном расчете
разбивается на большое число малых интервалов времени , в пределах которых все
величины, в том числе активные сопротивления обмоток и иных вторичных элементов
считаются неизменными. По полученным в конце интервала в момент времени
значениям тока рассчитываются распределенные по сечению обмоток температура T и
индукция магнитного поля B. По температурной нагрузке рассчитываются новые
значения теплофизических параметров таких, как теплоемкость, теплопроводность,
определяется режим кипения охлаждающей жидкости со своим коэффициентом
теплоотдачи. Полученные значения используются для расчета изменившихся
локальных удельных сопротивлений обмотки и вторичных элементов в соответствии с
нелинейной зависимостью r(T,B), которые являются исходными для расчета токов на
следующем интервале времени . Величина скин-слоя в обмотке оценивается по
результатам расчета [24] и, при необходимости, осуществляется итерационный
процесс корректировки сопротивления. При таком подходе для расчета токов на
численно малом временном интервале можно исп
- Київ+380960830922