ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА

On the basis of an idealized model of magnetic systems in form of a toroidal current sheet a parametric analysis of superconducting magnetic energy storage is carried out. The parametric analysis includes the investigation of storage size, the necessary volumes of superconducting bindings and mechan...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2011
Автори та афіліації:
  • Ю.М. Васецкий — Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина
  • И.Л. Мазуренко — Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина
  • А.В. Павлюк — Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина
Ключові слова:keywords
Hauptverfasser: Васецкий, Ю.М., Мазуренко, И.Л., Павлюк, А.В.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainisch
Veröffentlicht: Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2011
Schlagworte:
Online Zugang:https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1471
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Technical Electrodynamics
Завантажити файл: Pdf

Institution

Technical Electrodynamics
_version_ 1870205103776989184
author Васецкий, Ю.М.
Мазуренко, И.Л.
Павлюк, А.В.
author_facet Васецкий, Ю.М.
Мазуренко, И.Л.
Павлюк, А.В.
author_institution_txt_mv [ { "author": "Ю.М. Васецкий", "institution": "Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина" }, { "author": "И.Л. Мазуренко", "institution": "Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина" }, { "author": "А.В. Павлюк", "institution": "Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина" } ]
author_sort Васецкий, Ю.М.
baseUrl_str https://techned.org.ua/index.php/techned/oai
collection OJS
datestamp_date 2023-01-31T19:52:35Z
description On the basis of an idealized model of magnetic systems in form of a toroidal current sheet a parametric analysis of superconducting magnetic energy storage is carried out. The parametric analysis includes the investigation of storage size, the necessary volumes of superconducting bindings and mechanical support system. The systems with spokes placed inside each discrete simple circular and segmental shape magnet coils are examined. The spoke system can solve mo mechanical problems without resort to the more complicated and expensive "D"-shaped coil geometry, namely: eliminating bending moments in the support system and ensuring uniform mechanical stress in all the spokes and supporting structure. The lowest values of the radial dimensions of toroidal solenoids and the necessary volume of the superconducting material is achieved in systems with segmental shape coils and for the last parameter approaching to the theoretical limit, which occurs in systems with D-shaped coils. References 17, table 1, figures 7.
first_indexed 2026-06-16T01:27:41Z
format Article
fulltext 36 ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 621.355 , , , , , , . , 56, -57, 03680, . , , . - , - , . , - - . - D- . - - , , D- . . 17, . 1, . 7. : , , - , . . ( ) - , : , ; - , ; [2,10]. , , ~109 1010 [4,17], - , - , , - , [1,2]. - . : - , , , , . , - [14,16]. - , - , . , , , , - , [15]. - . © ., ., ., 2011 ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 37 - , - [6, 13]. . - , . , , , , [11]. , [13]. D- , , , , - [7,15]. - , , , . , , . - , , , . , - , – . [3,12] , . , D- . - . - , - . . - . - : - ; , , . , , ( . 1). . - : R - : 2 21R , 21 12 . (1) , R , , - , - . . N I , - 0 2B IN (2) , mB , 1 . - dl dF=fdl B z I 1 2 . 1 38 ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 , - . ( ),Bk : )( 2 0 Bm k R INB , 1 1)(Bk . (3) - [14] V dVBW 0 2 2 . (4) 0 , IN , R - )(Wk , , )( 4 22 0 WkRNIW . (5) lk 0l Rkl l )(0 . (6) (3) (5) mB W IN R . , , - W mB , – . , (3) (5) IN R , )(3/2 0 3/13/1 I m k BW IN , 31 2)( BW I kk k , )(3/2 3/1 0 3/1 R m k B WR 1 32 2( ) ,B R W kk k (7,8) scV . W : mB mj . , S mjIS / . - (7) (8) )()( 3/1 0 3/1 3/2 0 scV mm l m sc k Bj Wk j INRNSlV , 1 3 2( ) 2 . sc B V l W kk k k (9) , . , - . - , , . . dl dld fF , - ( . 1), f . - (2) . f , I , 42 1 2 0 NIIBf . (10) ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 39 , f , F - , , dllfF l )( , (11) f F . , , : , , ( , ) – . , - , , . , , , . [12,13] , W , , , - ,tV cV , W t ~ c ~ : t tt WQV ~)( , c cc WQV ~)( , (12) cQ tQ . [11] , tt ~ cc ~ cQ tQ : ct QQ 1 . (13) , (9) (12) 3/2W , - , 1W . - , . , - Rk , scVk , tQ , cQ , , tQ cQ - . - , - , . - D- , - . . 1. - . - . 2. dld fF , - , - , . z a R . 2 40 ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 , . . - , , . (4) (3). 2112)(Wk . (14) (3) (14) (8), (9) Rk , scVk , - , , 2)(lk , 3/1 222 11)1(2)(Rk , 3/12 211)1(44)( scVk . (15, 16) , (15) (16) . )(Rk )( scVk . 3 ( 1). 0 0.2 0.4 0.6 0.8 2 0 Rk 1 1 3 2 Vsck . 3 Rk , - , 52,0 . scVk , - , . 3, ( 1), 6,0 . , - , , - - : 6,05,0 . tQ Q , . 2. , - , , . , , - fdl dl , constt . ( ) /t tdV adS af l dl= = s% N . (5) (14) 2 1( ) 1 1 t t tl Na WV f l dl . (17) ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 41 F , , , 2/NFTc , ccc TS ~/ . (5) (14) 2 12 ( ) . 1 c c c cl NR WV RS f l dl (18) , - t cQ Q Q , , t ~~ . (17) (18) 1 2( ) 1 2 1 .Q (19) Q - . , - (19) 0 , 3Q . . . D- 1 2 3 4 5 0,1 3,01 2,81 2,81 2,813 3,01 0,2 3,041 2,639 2,638 2,649 3,041 0,3 3,097 2,483 2,481 2,5 3,097 0,4 3,182 2,339 2,338 2,362 3,182 0,5 3,309 2,204 2,204 2,232 3,309 0,6 3,5 2,073 2,079 2,104 3,5 0,7 3,801 1,943 1,958 1,976 3,801 0,8 4,333 1,806 1,836 1,838 4,333 2. . [3] , - , , , ( . 4). - - . , , . 2, , , . , , . 0 , - 0 z . 4 42 ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 , 0cos2 0 dfadllfF l , 0 2 ctg 1 1arctg 1 2 0 1 1 2 1 0 . (20) , (4) , [3] 2 1 0 1 0 2 sin ,Wk (21) 1 /a Re = ( ) 1 1 0 02 1 cos 1 cos - e = e + q - e - q , 0 , . , , )(sin2)( 001lk . (22) (4), (20) (22) (8) (9), : 31 010 2 1 2 01 sin)(cos12)(Rk ; (23) 32 010 2 1 31 01001 313/4 sin)(cos1sin2)( scVk . (24) )(Rk )( scVk 2 . 3. - Rk ( . 3, , 2), , ( 1) - , , , . scVk , ( 1 2 . 3, ). , - . 8,07,0 . 00 2 . (18) t tt t QWdfNaV ~~ 0 0 22 , 00 0 sin)( sin 1tQ . (25) , - . - , cQ , - , tQ (13). ct QQQ . - , , . - . - - : , , , , 0 - . 3. - . , ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 43 , , . , , , , z ( . 5). , 0 0 , - . - . - . - Rk , scVk , (15) (16) 1 . 3. 0 1tV (20) (25), , 1 a R . 2tV . , , 2 2 sinl a , [3,12] 0 0 2 2 22 0 222 sin 11 ~2 0 0 t t RNI dSlV . (26) 21 ttt VVV , , constt t tt WQV ~ , 2 0 11 )sin(1 tQ . (27) V . , , ~ , - Q V Q W tQ (11). ct QQQ . , , . Q , - , 0 , - . , . 4. D- . , . D- , [6]. D- [14] . 6. ( . 6). 0 z . 5 T f T . 6 44 ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 . , , , - , constT [5,14]. : 0l D- [8]. Wk , , [14] kI k kkIkkW 10 22 112 , (28) 1 1ln 2 1k , kI0 kI1 . )(0 lRkl , kIkIkkl 10 212 . (29) (28) (29) , , 31 10 2222 1112 kI k kkIkkR ; (30) 3/12 10 61 10 14 1 14 kI k kkIkkIkIkVsc . (31) . 3 ( 3) Rk Vsck D- . , , , D- . - , , D- , - . Rk , , 6,0 . , - scVk . : , . [6,15] 1 1ln 8 2 0NIT . (32) t tt t QWlTNV ~~ 0 , 1 1 011 kI kIkkQt . (33) , , - , . - , - . , , , , - (11), tQ cQ . ct QQQ D- . , , ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 45 D- , . 5. . 7). - Rk Vsck - , , - . [13] , , , /t t tV QW= s , 1 21 1tQ . (34) , cQ tQ - (11). [5] , (34) - , - - . , , . (34) (17) tQ , Q , , . (34) (17) , (34) . , , , , (34). , , (34) maxt t , maxt – . , , . [11], - . . , - , - . - , - . D- . - . , D- , , , - , D- . - , , , . R F /2 F /2 . 7 46 ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 1. ., ., ., ., . - ( ) - // . . 2008. 3. – . 43–48. 2. . - // . 2002. 4. . 40 44. 3. . // . – 2005. – 2. – . 100–107. 4. ., . - // . .: , 1987. . 3 20. 5. ( ) . „ ” / - . – 0107U000070. – . 0208U006899. – .: , 2008. – 160 . 6. ., ., ., . // . .: , 1987. C. 66 104. 7. . // . – 1960. – 11. – . 76 81. 8. . . . – .: , 1987.– 320 . 9. . // . 1972. . XLII. . 9. . 1785–1791. 10. ., . // . – 2003. – 2. – . 6 16. 11. / . . . . .: - , 1985. 270 . 12. Georgievskii A., Ostrow S., Vasetskii Yu., Rotachov Yu. Toroidal magnetic systems with tilted coils for superconducting magnetic energy storage (SMES) // . . . . “ - .” – 2004. – . 2. – C. 3 6. 13. Eyssa Y.M., Boom R.W. Considerations of a Large Force Balanced Magnetic Energy Storage System // IEEE Trans. on Magnetics. – 1981. – Vol. 17. – 1. – P. 460 462. 14. 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. 15. Thome R.J., Tarrh J.M. MHD and Fusion Magnets. Field and Force Design Concepts. New York, A Wiley- Interscience publication, 1982. 316 p. 16. 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. 17. ITER Physics Basis // Nuclear Fusion. 1999. Vol. 39. 12. 621.355 , , , , , . , 56, -57, 03680, . - , , . - , , . , , . , D- . - , , D- . . 17, . 1, . 7. : , , , . ISSN 1607-7970. . . 2011. 5 47 Parameters of superconducting magnetic systems with support elements inside of toroidal volume. Yu.M.Vasetskyi, I.L.Mazyrenko, A.V.Pavliuk Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine, Peremogy pr., 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. On the basis of an idealized model of magnetic systems in form of a toroidal current sheet a parametric analysis of superconducting magnetic energy storage is carried out. The parametric analysis includes the investigation of storage size, the necessary volumes of superconducting windings and mechanical support system. The systems with spokes placed inside each discrete simple circular and segmental shape magnet coils are examined. The spoke system can solve two mechanical problems without resort to the more complicated and expensive "D"-shaped coil geometry, namely: eliminating bending moments in the support system and ensuring uniform mechanical stress in all the spokes and supporting structure. The lowest values of the radial dimensions of toroidal solenoids and the necessary volume of the superconducting material is achieved in systems with segmental shape coils and for the last parameter approaching to the theoretical limit, which occurs in systems with D-shaped coils. References 17, table 1, figures 7. Key words: superconducting magnetic energy storage, toroidal solenoid, mathematical model, support system. 1. Avramenko V. ., Aristov Yu.V., Vasetskyi Yu.M., Mazurenko I.L., Chernenko P.O. Some fields of effective use of superconducting magnetic energy storage (SMES) in power systems of Ukraine // Tekhnichna elektrodynamika. 2008. 3. P. 43 48. (Ukr) 2. Bozhko S.V. Application of superconducting magnetic energy storage for solving problems of improvements of sustainability of power systems and electric power quality // Promelektro. 2002. 4. P. 40 44. (Rus) 3. Vasetskii Yu.M. The concept of toroidal magnetic energy storage with spokes inside of torus to compensate for the electrodynamical forces in the coils // V dnovliuvana enerhetyka. 2005. 2. P. 100–107. (Rus) 4. Velikhov E.P., Glukhikh V.A. Pulse energy sources for research fusion devices and reactors / Fizika i tekhnika impulsnykh sistem. Moskva: Energoatomizdat, 1987. P. 3 20. (Rus) 5. Application of superconducting magnetic energy storage (SMES) to increase reliability and manageability of power transmission in electric power systems. Zvit po NDR “Integratsiia” / Instytut Elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy. 0107U000070. – Inv. 0208U006899. Kyiv: IED NAN Ukrainy, 2008. 160 p. (Ukr) 6. Larionov B.A., Spevakova F.M., Stolov A.M., Azizov E.A. The problems of accumulation and transformation of electromagnetic energy in pulsed high-power systems with magnetic energy storage // Fizika i tekhnika moshchnykh impulsnykh sistem. Moskva: Energoatomizdat, 1987. P. 66 104. (Rus) 7. Leites L.V. Toroidal reactor without core for power systems // Elektrichestvo. 1960. 11. C. 76 81. (Rus) 8. Svetlitskii V.A. The mechanics of the rods. Part I. Moskva:Vysshaia shkola, 1987. 320 p. (Rus) 9. Shafranov V.D. On optimal form of toroidal solenoids // Zhurnal tekhnicheskoi fisiki. 1972. T. XLII. Vol. 9. P. 1785–1791. (Rus) 10. Yakimets I.V., Dmitrieva G.A. Superconducting magnetic energy storage as a means to control of active power flows on the interconnections of EES // Elektrichestvo. 2003. 2. P. 6 16. (Rus) 11. Engineering problems of TOKAMAK / Sbornik statei pod redaktsiei V.A.Chuianova. Moskva: Energo- atomizdat, 1985. 270 p. 12. Georgievskii A., Ostrow S., Vasetskii Yu., Rotachov Yu. Toroidal magnetic systems with tilted coils for superconducting magnetic energy storage (SMES) // Tekhnichna elektrodynam ka. Tematychnyi vypusk “Problemy suchasnoi elektrotekhniky.” 2004. 2. P. 3 6. 13. Eyssa Y.M., Boom R.W. Considerations of a Large Force Balanced Magnetic Energy Storage System // IEEE Trans. on Magnetics. – 1981. – Vol. 17. – 1. – P. 460 462. 14. 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. 15. Thome R.J., Tarrh J.M. MHD and Fusion Magnets. Field and Force Design Concepts. New York, A Wiley- Interscience publication, 1982. 316 p. 16. 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. 17. ITER Physics Basis // Nuclear Fusion. 1999. Vol. 39. 12. 31.03.2011 Received 31.03.2011
id techned_org_ua-article-1471
institution Technical Electrodynamics
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-06-16T01:27:41Z
publishDate 2011
publisher Інститут електродинаміки НАН України, Київ
record_format ojs
resource_txt_mv technedorgua/a8/29f57eb0c5f08d6d8cee044930d28ba8.pdf
spelling techned_org_ua-article-14712023-01-31T19:52:35Z PARAMETERS OF SUPERCONDUCTING MAGNETIC SYSTEMS WITH SUPPORT ELEMENTS INSIDE OF TOROIDAL VOLUME ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА Васецкий, Ю.М. Мазуренко, И.Л. Павлюк, А.В. superconducting magnetic energy storage toroidal solenoid mathematical model support system сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии тороидальный соленоид математическая модель механическая удерживающая система On the basis of an idealized model of magnetic systems in form of a toroidal current sheet a parametric analysis of superconducting magnetic energy storage is carried out. The parametric analysis includes the investigation of storage size, the necessary volumes of superconducting bindings and mechanical support system. The systems with spokes placed inside each discrete simple circular and segmental shape magnet coils are examined. The spoke system can solve mo mechanical problems without resort to the more complicated and expensive "D"-shaped coil geometry, namely: eliminating bending moments in the support system and ensuring uniform mechanical stress in all the spokes and supporting structure. The lowest values of the radial dimensions of toroidal solenoids and the necessary volume of the superconducting material is achieved in systems with segmental shape coils and for the last parameter approaching to the theoretical limit, which occurs in systems with D-shaped coils. References 17, table 1, figures 7. На основе идеализированной модели магнитных систем в виде тороидальной токовой поверхности проведен параметрический анализ индуктивных накопителей, который включает исследование размеров накопителя, необходимых объемов материала сверхпроводящих обмоток и механической удерживающей системы. Проанализированы системы с катушками простой круговой и сегментной форм, которые содержат стяжки в качестве элементов удерживающей системы, размещенной внутри тороидального объема. Показано, что в предложенных конфигурациях отсутствуют изгибающие моменты в удерживающей системе и удается добиться одинакового максимально допустимого значения механических напряжений во всех элементах конструкции. В результате объем удерживающей системы значительно снижается и не превышает соответствующий объем для более сложных по геометрии безмоментных D-образных тороидальных накопителей. Наименьшие значения радиальных размеров тороидальных соленоидов и необходимого объема материала сверхпроводящей обмотки достигаются в системах с катушками сегментной формы, приближаясь по последнему параметру к теоретическому пределу, который реализуется в системах с D-образными катушками. Библ. 17, табл. 1, рис. 7. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2011-09-05 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1471 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2011): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 036 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2011): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 036 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1471/1353 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
spellingShingle сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии
тороидальный соленоид
математическая модель
механическая удерживающая система
Васецкий, Ю.М.
Мазуренко, И.Л.
Павлюк, А.В.
ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА
title ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА
title_alt PARAMETERS OF SUPERCONDUCTING MAGNETIC SYSTEMS WITH SUPPORT ELEMENTS INSIDE OF TOROIDAL VOLUME
title_full ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА
title_fullStr ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА
title_full_unstemmed ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА
title_short ПАРАМЕТРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ С УДЕРЖИВАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВНУТРИ ТОРОИДАЛЬНОГО ОБЪЕМА
title_sort параметры сверхпроводящих магнитных систем с удерживающими элементами внутри тороидального объема
topic сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии
тороидальный соленоид
математическая модель
механическая удерживающая система
topic_facet superconducting magnetic energy storage
toroidal solenoid
mathematical model
support system
сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии
тороидальный соленоид
математическая модель
механическая удерживающая система
url https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1471
work_keys_str_mv AT vaseckijûm parametersofsuperconductingmagneticsystemswithsupportelementsinsideoftoroidalvolume
AT mazurenkoil parametersofsuperconductingmagneticsystemswithsupportelementsinsideoftoroidalvolume
AT pavlûkav parametersofsuperconductingmagneticsystemswithsupportelementsinsideoftoroidalvolume
AT vaseckijûm parametrysverhprovodâŝihmagnitnyhsistemsuderživaûŝimiélementamivnutritoroidalʹnogoobʺema
AT mazurenkoil parametrysverhprovodâŝihmagnitnyhsistemsuderživaûŝimiélementamivnutritoroidalʹnogoobʺema
AT pavlûkav parametrysverhprovodâŝihmagnitnyhsistemsuderživaûŝimiélementamivnutritoroidalʹnogoobʺema