Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми
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 безрозмір...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Праці Інституту електродинаміки НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/64075 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми / Ю.М. Васецький, І.Л. Мазуренко, А.В. Павлюк // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України: Зб. наук. пр. — К.: ІЕД НАНУ, 2011. — Вип 30. — С. 91-102. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-64075 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Васецький, Ю.М. Мазуренко, І.Л. Павлюк, А.В. 2014-06-11T05:04:51Z 2014-06-11T05:04:51Z 2011 Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми / Ю.М. Васецький, І.Л. Мазуренко, А.В. Павлюк // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України: Зб. наук. пр. — К.: ІЕД НАНУ, 2011. — Вип 30. — С. 91-102. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1727-9895 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/64075 621.355 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. uk Інститут електродинаміки НАН України Праці Інституту електродинаміки НАН України Електричні та напівпровідникові перетворювачі Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми Тороидальные магнитные системы с катушками рейстрековой формы Toroidal magnetic systems with racetrack-shaped coils Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми |
| spellingShingle |
Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми Васецький, Ю.М. Мазуренко, І.Л. Павлюк, А.В. Електричні та напівпровідникові перетворювачі |
| title_short |
Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми |
| title_full |
Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми |
| title_fullStr |
Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми |
| title_full_unstemmed |
Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми |
| title_sort |
тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми |
| author |
Васецький, Ю.М. Мазуренко, І.Л. Павлюк, А.В. |
| author_facet |
Васецький, Ю.М. Мазуренко, І.Л. Павлюк, А.В. |
| topic |
Електричні та напівпровідникові перетворювачі |
| topic_facet |
Електричні та напівпровідникові перетворювачі |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Праці Інституту електродинаміки НАН України |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Тороидальные магнитные системы с катушками рейстрековой формы Toroidal magnetic systems with racetrack-shaped coils |
| description |
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.
|
| issn |
1727-9895 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/64075 |
| citation_txt |
Тороїдальні магнітні системи з котушками рейстрекової форми / Ю.М. Васецький, І.Л. Мазуренко, А.В. Павлюк // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України: Зб. наук. пр. — К.: ІЕД НАНУ, 2011. — Вип 30. — С. 91-102. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT vasecʹkiiûm toroídalʹnímagnítnísistemizkotuškamireistrekovoíformi AT mazurenkoíl toroídalʹnímagnítnísistemizkotuškamireistrekovoíformi AT pavlûkav toroídalʹnímagnítnísistemizkotuškamireistrekovoíformi AT vasecʹkiiûm toroidalʹnyemagnitnyesistemyskatuškamireistrekovoiformy AT mazurenkoíl toroidalʹnyemagnitnyesistemyskatuškamireistrekovoiformy AT pavlûkav toroidalʹnyemagnitnyesistemyskatuškamireistrekovoiformy AT vasecʹkiiûm toroidalmagneticsystemswithracetrackshapedcoils AT mazurenkoíl toroidalmagneticsystemswithracetrackshapedcoils AT pavlûkav toroidalmagneticsystemswithracetrackshapedcoils |
| first_indexed |
2025-11-25T13:59:04Z |
| last_indexed |
2025-11-25T13:59:04Z |
| _version_ |
1850513859940450304 |
| fulltext |
621.355
. 1, . . , . 2, . . , . 3, .
1–3 ,
. , 56, -57, 03680,
, . -
, -
, ,
. -
, . ,
-
, D- ,
.
. . 12, . 8, .
: , ,
, .
. ( ) 108…109
: -
, -
, ,
, -
[1–2, 5]. -
, -
, ,
.
[6].
,
. ,
-
, [4, 7], -
.
,
[3, 6]. -
,
, . , -
, -
,
[12].
[3, 10]
,
. ,
,
-
. -
D- .
, D- , -
., ., ., 2011
-
.
D- , -
,
,
[10]. -
-
. -
, D-
. -
.
,
.
: W ,
( mB
mj ),
( t
~ ~ ).
,
R , scV , -
, tV cV .
.
,
, ( . 1).
-
.
-
: R ,
,
(
):
2
21R ;
21
12 ;
12
max2z . (1)
-
.
.
2 . -
,
,
.
[12], , N ,
I ,
dF=fdl
B
1
2
z
dl
. 1
maxz
,
4
1 22
0 WRkNIW , (2)
IN ; Wk ,
.
1 :
Bm k
R
IN
2
0 , (3)
1
1)(Bk .
, .
,
R :
),(),( lkRl . (4)
(2) (3) IN R ,
),(32
0
3131
I
m kBWIN , (5)
31
2),(
BW
I kk
k ;
),(32
31
0
31
R
m
k
B
W
R , (6)
31
2
2
),(
W
B
R k
kk .
-
mj mjINS / .
, (4), (5) (6),
,, 31
0
31
31
scV
mm
l
m
sc k
Bj
Wk
j
INRSlV , (7)
31
22,
W
B
lV k
kkk
sc
.
, , -
. , -
, . -
, .
dl dld fF , -
( . 1), f .
-
.
, I ,
42
1 2
0 NI
IBf . (8)
f
F [9]:
dllfF
l
)( , (9)
f F .
F , . -
:
, , ,
– .
[7, 8] , -
W , ,
tV , cV , W -
t
~
c
~ :
t
tt
WQV ~ ;
c
cc
WQV ~ , (10)
cQ tQ . [7] , -
tt
~
cc
~ , -
cQ tQ :
ct QQ 1 . (11)
, (11) [7] -
.
ctVscR QQkk ,,,
-
, D- . -
.
1.
. . 2
. a
h .
-
,
. -
. , -
1 2 , -
.
-
,
. -
-
,
-
. -
,
. ,
, ,
z
a
R
h
. 2
, .
(2),
Wk
1
1ln)1(112, 2
Wk . (12)
(1) , Ra , aha 2/)2( .
(3), (12) (6), (7), Rk ,
scVk ,
,
)1(22),(lk :
31
222
1
1ln)1(11)1(2),(Rk ; (13)
312
2
1
1ln)1(11)1(4))1(2(4),(
scVk . (14)
. 3 ),(
scVk
. ,
,
99,11, minmin VVVsc
k .
0,63minV , 89,1minV
D- -
70,11, minmin VDVDVscD
k
0,68minVD , 75,1minVD . ( ,
D- -
).
scVk -
,
,
9,121,minVOVscO
k 0,6minVO .
. 4 ( 2)
scVk -
-
Vmin . -
,
: 1 -
, 4 D- .
,
-
,
-
D- . 0,2 0,4 0,6 0,8
12
14
16
18
0
1
2
3
4
scVk
. 4
. 3
, ,
),(Rk .
. . 5 ( -
2) Vmin ,
.
-
-
89,0),( minmin VRRk
53,0min R ,
,
15,11,min ROORk , 0,52minRO
D- ,
95,0, minmin RDRDRDk
0,6minRD , 61,1minRD . . 5
)(Rk ( 1) D-
( 4). ,
,
75,0
, , D- -
.
, , -
.
,
,
t
t
dllfaadSdV ~
)(
1
N . -
(8)
2
222
0
2
1
12~
2
0 tt
t
RNIdfNaV . (15)
(15) [3]
,
.
, ,
, 1 2 , -
. .
fdl dl , -
1 dlf1 , 2 dlf2 . -
, const~
t .
t
t
dllfaadSdV ~
)(
2 , dl , -
N .
, , -
:
0,20 0,4 0,6
1
1,5
2
Rk
1
4
3
2
. 5
1
1
1
1)1(~2
)(~)(~
2
22
0
212
ththt
t
RNIdllfaNdllfaNV . (16)
, ,
z.
N .
t
z
t
FNhV ~3 , zF
, .
dlfdFz sin ,
:
1
1ln)1(~2
sin~
22
0
0
3
tt
t
RNIdlfhNV . (17)
321 tttt VVVV (2), (12)
t
t
t QWV ~ ,
1
1ln)1(11)1(
)1()1(211
22
222
tQ . (18)
,
1F , , h –
2F , 212 FFF .
1F , , -
2/1NFTc , ccc TS ~/ . -
(8), (9),
1
1
1
~2 2
22
0
1
t
RNIV . (19)
(19) [3]
.
, ,
212 FFF , 1F , , -
1 , 2F 2 .
2F 2/2 NFTc ,
cRc SNF 2/~ , cS .
1
1
1
1)1(~2
2
22
0
2
c
cc
RNINRSV . (20)
, 21 ccc VVV , (2), (12)
QWV ~ ,
1
1ln)1(11)1(
)1()1(21
22
222
Q . (21)
(18) (21) , ct QQ 1 . -
, -
.
ct QQQ . , -
: t
~~ .
Q
89,1minV -
.
-
, D- ( ), -
.
D-
0,1 3,01 2,813 3,012 2,811 2,811
0,2 3,041 2,649 3,049 2,641 2,641
0,3 3,097 2,5 3,114 2,486 2,487
0,4 3,182 2,362 3,217 2,343 2,344
0,5 3,309 2,232 3,373 2,208 2,21
0,6 3,5 2,104 3,611 2,077 2,081
0,7 3,801 1,976 3,999 1,946 1,953
0,8 4,333 1,838 4,728 1,807 1,821
2.
. [3] ,
, 0h , 1
D- .
( . 6), -
0h .
, . -
, , 2
. ,
.
, . 6,
R , , , -
, 1R ,
1
1 R
a ,
a
ha
2
2
1 . ,
:
11 11RR ; 001 cos1cos1/2 ; 11 /)1(1 . (22)
, , -
. 0 ,
:
0cos2
0
1 dfadllfF
l
. (23)
(2),
01
1
11010
2
1
1 cos1
1ln)1(sin)(
)1(
)1(2
Wk . (24)
Rk ,
scVk (24) (6) (7) -
, -
)1/()1(2sin)1(2 11001lk
)1)(cos1/()1( 011Bk :
31
01
1
1001
2
011
1
cos1
1ln)1(sin)()cos1(2
1
1
Rk ; (25)
312
01
1
1001
01
1
100 cos1
1
ln)1(sin)(
cos1
16
)1(2sin
scVk . (26)
. 7 11,
scVk
1 1 .
82,11, minmin VVVsc
k
0,67minV , 66,1minV -
.
. 5
),( minVRk ( 3). ,
,
.
85,0),( minmin VRRk -
65,0min R . Vmin
Rmin ,
.
-
[3] -
0 . ,
)(~2~ 0
2
1
1
22
0
22
1
0
0 tt
t
RNIdfNaV . (27)
z
0
a
1R
h
. 6
,
2 .
,
1
0
1
2
1
1
22
00
2 1
)cos1()1(~2
)(~
)cos1(
tht
t
RNIdllfNaV . (28)
, -
0 .
01
1
11
1
22
0
3 cos1
1ln)1(~2
sin~
0 tt
t
RNIdlfhNV . (29)
(26)…(28), ,
. (10), (23)
t
t
t QWV ~ ,
01
1
10011
10011
cos1
1ln)1(sin)()1(
)1(sin)cos1)(1(1tQ . (30)
: ,
-
0sina , -
, ,
h .
,
, -
[11]:
01
1
22
0
1 sin~2
RNIV . (31)
,
h .
,
.
cc SNF 2/~
2 , cS .
1
0
1
2
1
1
22
0
12 1
cos1)1(~2
2
c
cc
RNISV . (32)
, 21 ccc VVV , (2), (24),
QWV ~ ,
01
1
10011
10011
cos1
1ln)1(sin)()1(
)1(sin)cos1)(1(Q . (33)
(30), (33), , ,
(11).
Q -
Vmin . ,
. 7
z
0
a
R
h
. 8
, D-
, -
.
3.
. -
,
,
,
( . 8).
0
.
-
, ,
.
,
-
, -
, -
Rk
scVk (13), (14). Rk ,
scVk
. 4 5 ( 2).
0 , , ,
, (26)…(29) ,
R
a
1 , aha 2/)2(1 .
-
:
0
0
2||4 dSlNVt . (34)
, ,
)2/sin(2)(|| hal . -
,
2dS
adf
t , 2dS .
(34)
1
cos1ln)1(sin
11
~2
0
0
0
2
2
22
0
4
t
t
RNIV . (35)
4321 ttttt VVVVV constt
~ .
t
t
t QWV ~ ,
1
1ln)1()11()1(
sin)1()1(21
2
0
2
tQ . (36)
[11].
:
0
22
0
1 sin~2c
RNIV . (37)
-
(32).
, 21 ccc VVV , -
(2), (12)
QWV ~ ,
1
1ln)1()11()1(
sin)1()1(2
2
0
2
Q . (38)
(36), (38) , ct QQ 1 .
),(Q Vmin -
.
-
,
. -
Q
.
. , -
, ,
, .
,
, -
.
D-
.
, D- , , -
. -
, -
. -
.
1. ., ., ., ., . -
( )
// . . 2008. 3. – . 43–48.
2. .
// . 2002.
4. . 40–44.
3. .
// . – 2005. – 2. – .
100–107.
4. ., ., ., .
//
. .: , 1987. C. 66–104.
5. ., . -
// . – 2003. – 2. – . 6–16.
6. ( )
: „ ” /
. – 0107U000070. – . 0208U006899. – .: , 2008. – 160 .
7. Eyssa Y.M., Boom R.W. Considerations of a Large Force Balanced Magnetic Energy Storage System // IEEE
Trans. on Magnetics. – 1981. – Vol. 17. – N 1.– P. 460–462.
8. Georgiyevskiy A., Ostrow S., Vasetsky Yu., Rotachov Yu. Toroidal magnetic systems with tilted coils for super-
conducting magnetic energy storage (SMES) // . . . . «
». – 2004. – . 2. – C. 3–6.
9. Hassenzahl W.V., Baker B.I., Keller W.E. The economics of superconducting magnetic energy storage systems
for load leveling: A comparison with other systems // Los Alamos National Laboratory. Rep. LA-5377-MS,
Aug., 1973.
10. Huang X., Eyssa Y.M., Abdelsalam M.K., El-Marazki L., Abdelmonsen M.H., Hilal M.A., Mcintosh G.E.
Structure optimization of space borne toroidal magnets // IEEE transactions on magnetics. 1989. – Vol. 25.
N 2. – P. 1858–1861.
11. Schoenung S.M., Meier W.R., Hassenzahl W.V. A Comparison of Large-scale Toroidal and Solenoidal SMES
System // IEEE Trans. on Magnetics. – 1991. – Vol. 27. – 2. – P. 2324–2328.
12. Thome R.J., Tarrh J.M. MHD and Fusion Magnets. Field and Force Design Concepts. New York, A Wiley-
Interscience publication, 1982. 316 p.
621.355
. 1, . . , . 2, . . , . 3, .
1–3 ,
. , 56, -57, 03680,
, .
,
, , -
.
,
. ,
,
D-
.
. . 12, . 8, .
: , , -
, .
Y.M.Vasetsky 1, I.L. Mazurenko2, A.V. Pavlyuk3
1–3 Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
Peremogy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine
Toroidal magnetic systems with racetrack-shaped coils
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 dimen-
sionless parameters connected with radial sizes, volume of superconducting winding and volume of mechanical sup-
port 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 sole-
noids 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. References 12, fig-
ures 8, table.
Key words: superconducting magnetic energy storage, mathematical model, racetrack-shaped coil, support system.
28.07.2011
Received 28.07.2011
|