Сверхпроводящие трансформаторы - Введение

Использование сверхпроводящих обмоток в силовых трансформаторах оказывает влияние как на электромагнитные процессы, происходящие в них, так и на конструктивное исполнение трансформаторов, улучшает технике - экономические показатели и расширяет возможности их практического применения.
Разновидность конструкций сверхпроводящих трансформаторов и их отдельных элементов значительно шире по сравнению с аналогичными вариантами обычных традиционных силовых трансформаторов.
На рис. 1 дана классификация сверхпроводящих трансформаторов, в зависимости от характера изменения магнитных полей возбуждения и рассеяния, конструктивных исполнений сверхпроводящих обмоток и магнитопроводов.
Сверхпроводящие трансформаторы, в зависимости от конструкций обмоток, могут быть выполнены с пульсирующим или вращающимся магнитным полем возбуждения.
Магнитные поля рассеяния, при этом, могут быть нескомпенсированными или скомпенсированными в пространстве.
Обмотки сверхпроводящих трансформаторов выполняются на основе использования низкотемпературных сверхпроводников (НТСП) и высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Последние, по своим физическим свойствам, относятся к сверхпроводникам II рода.
Обмотки сверхпроводящих трансформаторов с пульсирующим магнитным полем возбуждения выполняются в виде цилиндрических или тороидальных конструкций с поперечной или продольной намоткой сверхпроводящих витков.
Витки сверхпроводящих обмоток трансформаторов с вращающимся магнитным полем возбуждения располагаются на цилиндрической поверхности магнитопровода в пазах.

Рис. 1.
Магнитопроводы сверхпроводящих трансформаторов могут быть изготовлены из ферромагнитного материала или без него.
В сверхпроводящих трансформаторах с локализированным магнитным полем рассеяния, в ряде случаев, возникает необходимость использования отдельной обмотки возбуждения.
Большой интерес для энергетического применения представляют сверхпроводящие трансформаторы с вращающимся магнитным полем, создаваемым управляемыми полупроводниками коммутаторами (УПК), подсоединенными к распределенной замкнутой обмотке трансформатора. Такие сверхпроводящие трансформаторы могут быть использованы для преобразования величины уровня напряжения, частоты, числа фаз.
Монография состоит из предисловия, введения, 5 глав и заключения. В конце книги приведен список литературы.
В предисловии, даны основные подходы к изучению сверхпроводящих трансформаторов, их функционированию, определению их основных элементов.
В первой главе, приведена электродинамика сверхпроводников. После краткого очерка развития теории и практического применения сверхпроводников, дана общая математическая модель электромагнитного поля в сверхпроводниках. На основе общей математической модели рассмотрена задача расчета сверхпроводников в переменных и постоянных электромагнитных полях.
Приведены схемы замещения сверхпроводящих электрических цепей.
Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с исследованием и разработкой сверхпроводящих проводов. Дана классификация сверхпроводящих проводов. На основе предложенной методики расчета переменных электромагнитных полей в сверхпроводниках, определена токонесущая способность одножильного сверхпроводящего провода и все виды потерь в нем.
Рассмотрены потери и токонесущая способность многожильных сверхпроводящих проводов.
Показана эффективность применения многожильных сверхпроводящих проводов с локализированным магнитным полем.
Третья глава носит обзорный характер. В ней рассмотрены силовые трансформаторы с пульсирующим магнитным полем возбуждения, с низкотемпературными и высокотемпературными сверхпроводящими обмотками.
В четвертой главе дано исследование сверхпроводящего трансформатора с локализированным магнитным полем рассеяния. Дано определение параметров сверхпроводящего трансформатора и приведены его электрические схемы замещения для переходных и стационарных процессов.
Дано определение потерь сверхпроводящего трансформатора и токонесущей способности его обмоток. Представлены результаты  исследования сверхпроводящего трансформатора с отдельной обмоткой возбуждения.
В пятой главе приведено исследование сверхпроводящего трансформатора с вращающимся магнитным полем возбуждения. Даны общие уравнения сверхпроводящего трансформатора с управляемым полупроводниковым коммутатором. Рассмотрены преобразователи частоты, выпрямители и инверторы, выполненные на основе сверхпроводящих трансформаторов.
В заключении даны основные выводы и рекомендации по использованию сверхпроводящих трансформаторов, приведена перспектива их дальнейшего развития.