Глава 1. Разработка и исследование электрических машин и трансформаторов постоянного тока, работающих на принципе движения квантованных нитей магнитного потока.

П

Рис. 1. Сверхпроводниковая топологическая электромагнитная муфта СЭММ-1

оказано, что электромагнитные эффекты, возникающие в результате образования промежуточного и смешанного состояния сверхпроводников и движения квантованных нитей магнитного потока, можно использовать для создания нового типа сверхпроводниковых электродвигателей и генераторов, электромагнитных муфт и трансформаторов постоянного тока. Механизм взаимодействия транспортного тока с квантованными нитями, обеспечивающий их вязкостное течение, лежит в основе работы электродвигателей. Возникновение ЭДС вследствие направленного движения квантованных нитей – эффект, позволяющий создавать генераторы и трансформаторы постоянного тока. Зацепление квантованных нитей на центрах пиннинга можно использовать для разработки электромагнитных муфт. Захват магнитного потока в многосвязном сверхпроводящем контуре позволяет на базе асинхронного двигателя с беличьей клеткой создать сверхпроводниковый синхронный двигатель.

При разработке основ теории течение квантованных нитей исследуется с позиций магнитной гидродинамики с введением величин «вязкости» сверхпроводникового конденсата и «эффективного электрического сопротивления».

Описывается принцип действия и конструкция единственной в мире, защищенной авторским свидетельством, сверхпроводниковой топологической электромагнитной муфты, в которой обмотка возбуждения и активные элементы ведущего и ведомого валов выполнены из сверхпроводников (рис. 1). В основу работы муфты положены три эффекта: захват магнитного потока многосвязным сверхпроводником, пиннинг магнитного потока в метрически односвязных сверхпроводниках, и «вязкостное течение» квантованных нитей магнитного потока.

Результаты испытаний показали, что для повышения надежности пуска муфты при обеспечении требуемой статической добротности k_m необходимо иметь в рабочем объеме достаточно однородное магнитное поле. В этой связи поставлена и численно решена задача синтеза обмотки возбуждения электромагнитной муфты, создающей в рабочем объеме магнитное поле с заданной степенью неоднородности. Обратная задача магнитостатики, являющаяся «существенно» некорректной, сведена к линейному интегральному уравнению Фредгольма 1-го рода и решена методом регуляризации нулевого порядка гладкости. Сглаживающий параметрический функционал:

F[J(s),H(z)] = Ф[J(s),H(z)] + [J(s)], где Ф[J(s),H(z)] =

, где

- регуляризующий функционал (стабилизатор), 0 <  1 – числовой параметр регуляризации (аналогия – множитель Лагранжа в гл. 7).

При подготовке задачи к численному счету cглаживающий параметрический функционал приведен к виду:

Из условия минимума квадратичного функционала получена система уравнений, которая решена численно методом итераций.

Новые научные результаты: - изложены физические основы новых типов сверхпроводниковых устройств, в которых используется эффект движения квантованных нитей магнитного потока; - предложены соотношения, позволяющие рассчитывать основные параметры этих устройств; - разработан новый способ передачи момента к механизмам, вращающимся в среде жидкого гелия, посредством сверхпроводниковой топологической электромагнитной муфты; - поставлена и решена задача синтеза сверхпроводниковой обмотки возбуждения, создающей требуемое магнитное поле; - разработанный алгоритм расчета позволяет по заданному распределению вектор-функции напряженности магнитного поля в рабочем объеме синтезировать осесимметричные магнитные системы из набора катушек с переменными и постоянными радиусами.