Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми

Abstract

Досліджено тороїдальні надпровідні індуктивні накопичувачі з котушками рейстрекової форми і механічною утримуючою системою, елементи якої розташовані всередині тороїдального об’єму. Виконано параметричний аналіз трьох конфігурацій магнітних систем, за результатами якого виділено розмірні і безрозмірні параметри, пов’язані радіальними розмірами, об’ємом надпровідної обмотки та об’ємом механічної утримуючої системи. За цими параметрами виконано порівняння різних магнітних систем з котушками рейстрекової форми, а також з відомими тороїдальними системами з безмоментними та круглими котушками. Показано, що за об’ємом надпровідника системи з котушками рейстрекової форми наближаються до теоретичного мінімуму, що реалізується для тороїдальних соленоїдів з безмоментними D-подібними котушками, і мають значно менші значення порівняно з круглими котушками. Найменші радіальні розміри та об’єм механічної утримуючої системи мають соленоїди з котушками рейстрекової форми.

Исследованы тороидальные сверхпроводящие индуктивные накопители с катушками рейстрековой формы и механической удерживающей системой, элементы которой расположены внутри тороидального объема. Выполнен параметрический анализ трех конфигураций магнитных систем, в результате которого выделены размерные и безразмерные параметры, связанные с радиальными размерами, объемом сверхпроводящей обмотки и объемом механической удерживающей системы. По этим параметрам выполнено сравнение разных магнитных систем с катушками рейстрековой формы, а также с известными тороидальными системами с безмоментними и круглыми катушками. Показано, что по объему сверхпроводника системы с катушками рейстрековой формы приближаются к теоретическому минимуму, который реализуется для тороидальных соленоидов с безмоментными D-образными катушками и имеют значительно меньшие значения по сравнению с круглыми катушками. Наименьшие радиальные размеры и объем механической удерживающей системы имеют соленоиды с катушками рейстрековой формы.

The toroidal superconducting magnetic energy storage with racetrack-shaped coils and with elements of mechanical support system located inside torus are examined. As a result of the parametrical analysis the dimensional and dimensionless parameters connected with radial sizes, volume of superconducting winding and volume of mechanical support system are selected. The parametrical analysis of three configurations of magnetic systems is carried out. On the base of the dimensionless parameters the different magnetic systems with racetrack-shaped coils as well as well-known systems with D-shaped and O-shaped coils are compared with each other. It is shown, that volume of superconductor material of system with racetrack-shaped coils approach to a theoretical minimum which is realised for toroidal solenoids with D-shaped coils and have considerably smaller values in comparison with O-shaped coils. The least values of radial sizes and volume of mechanical support system have solenoids with racetrack-shaped coils.