Analiza wpływu konfiguracji uzwojeń na gromadzoną energię i rozkład pola magnetycznego w nadprzewodnikowym zasobniku energii

Analiza wpływu konfiguracji uzwojeń na gromadzoną energię i rozkład pola magnetycznego w nadprzewodnikowym zasobniku energii

Monografia poświęcona jest nadprzewodnikowemu zasobnikowi energii na przykładzie modelu fizycznego zasobnika z elektromagnesem HTS-Bi2223 zbudowanego w Lublinie, w Pracowni Technologii Nadprzewodnikowych Instytutu Elektrotechniki. Głównym celem prezentowanych w monografii prac jest zbadanie konfiguracji uzwojeń nadprzewodnikowego zasobnika energii na wartość magazynowanej energii przy minimalnej przestrzeni pola magnetycznego o indukcji przekraczającej dopuszczalne wartości. Postawiony w pracy problem dotyczył wyboru konfiguracji uzwojenia nadprzewodnikowego zasobnika energii, która może zapewnić wymaganą wartość energii przy ograniczonej przestrzeni pola magnetycznego. Zagadnienia przedstawiono w oparciu o parametry modelu fizycznego będącego obiektem badań opisanych w pracy. Przeanalizowano możliwe konfiguracje uzwojeń nadprzewodnikowych ze szczególnym uwzględnieniem konfiguracji solenoidalnej i toroidalnej.
Na podstawie analizy danych literaturowych zaproponowano metodę ekranowania pola magnetycznego badanego elektromagnesu za pomocą elementów ferromagnetycznych w kilku konfiguracjach. Przedstawiono rezultaty obliczeń rozkładu pola magnetycznego i gromadzonej energii w uzwojeniu dla rozpatrywanych konfiguracji ekranujących. Oceny wyników dokonano na podstawie obliczeń numerycznych metodą FEM pola magnetycznego generowanego przez elektromagnes HTS, którego model numeryczny zbudowano w programie Flux-3D.
Wybrano dwie konfiguracje elementów ekranujących zapewniające maksymalną energię w zasobniku przy ograniczeniu wartości indukcji na zewnątrz. Wykazano, że dla badanego modelu nadprzewodnikowego zasobnika energii o magazynowanej energii 34 kJ w temperaturze 13 K możliwy jest wybór konfiguracji elementów ekranujących ograniczający strefę silnego pola magnetycznego do wartości dopuszczalnych oraz zwiększenie wartości energii zasobnika o 14%.