5. Схемы замещения сверхпроводящих электрических цепей.
Общая расчетная электрическая схема замещения сверхпроводящих цепей.
Напряженность электрического поля, индуктированная переменным магнитным полем:
Уравнению (1.63) соответствует электрическая эквивалентная схема, показанная на рис.5.
Рис. 5. Электрическая схема для определения плотностей токов
Первый член в уравнении (1.63) является плотностью СП токи. Считаем, что эта плотность тока занимает не все сечение сверхпроводника, а ее часть Scn.
Второй член представляет плотность тока нормальных электронов, которая занимает сечение Sн. Третий член в уравнении (1.63) представляет плотность тока смещения. Считаем, что эта плотность занимает все сечение S.
Если считать, что эти плотности токов не меняются по сечению, то, интегрируя уравнение (1.63) по сечению, получим для полного тока следующее выражение:
Уравнение (1.65) можно записать в виде
Рис. 6. Электрическая схема для определения токов
Уравнению (1.66) соответствует электрическая схема замещения, приведенная на рис. 6.
Возбуждение магнитного поля от внешнего источника напряжения.
Если переменное магнитное поле возбуждается от внешнего высокочастотного источника напряжения, то электрическая схема смещения принимает вид, показанный на рис.7. Эта схема получена из общей при допущении, что внешнее поле не изменяется во времени
, а собственное магнитное поле определяется через индуктивность по известному выражению
Для возбуждения постоянного магнитного поля выбирается внешний низковольтный источник постоянного напряжения. Скорость изменения тока в цепи подбирается таким образом, что потерями в сопротивлении R можно пренебречь, т.е. принимается R0.
Рис. 7. Схема возбуждения от переменного источника напряжения
Очевидно, что отсутствуют и токи смещения. Эквивалентная схема в этом случае принимает вид, показанный на рис.8. Так как L≥Lк, то изменение тока ограничивается только индуктивностью L.
Ток запитки:
Рис. 8. Схема возбуждения магнитного поля от постоянного источника напряжения
Рис. 9. Схема замещения для переходных процессов
В случае возбуждения магнитного поля от внешнего источники (рис.7), для токов в переходном процессе, получим операторную схему замещения, показанную на рис.9.
Рис. 10. Схема замещения при ρ=7'ω
Рис 11. Схема для низкочастотного стационарного процесса
Для стационарного режима при питании схемы гармоническим напряжением P=jω схема замещения (рис.9) принимает вид, приведенный на рис. 10. Емкостной ток следует учитывать только при высоких частотах. Для частоты f=50 Гц емкостный ток можно не учитывать, и схема замещения принимает вид, показанный на рис.11. Как видно из этого рисунка, с уменьшением частоты величина сопротивления ωLκ уменьшается и нормальная составляющая тока падает, причем при f=0 она равна нулю.
Возбуждение магнитного поля от внешнего магнитного поля.
Магнитное поле можно возбудить трансформаторным путем при помощи СП трансформатора. Схема замещения показана на рис. 12. Если не учитывать нормальный ток и ток смещения при внесении внешнего магнитного потока, то, исходя из постоянства магнитного потока в СП контуре,
, во вторичной цепи появляется ток
Для возбуждения магнитного поля применяется СП трансформатор постоянного поля.
Параметрическое возбуждение высокочастотного электромагнитного поля.
На принципе параметрического возбуждения электромагнитного поля основано образование высокочастотного электромагнитного поля (рис. 13). При быстром изменение кинетической индуктивности и сопротивления происходит параметрическое возбуждение токов смещения.
I'm 12. Возбуждение магнитного поля от СП трансформатора
Рис. 13. Схема параметрического возбуждения электромагнитного поля
