專利名稱：在超導(dǎo)繞組各不同線股之間的電流分配的制作方法
應(yīng)用超導(dǎo)效應(yīng)時，所使用的物體其電導(dǎo)體往往是由組成一個繞組的許多線股組成的，這個物體通常是配置在一個所謂的冷凍槽的下部分，冷凍劑以冷凍液的形式圍繞著該物體配置。冷凍槽液面的上部空間的充滿著氣態(tài)冷凍劑。由經(jīng)固定法蘭連接到冷凍槽蓋的套管中的電流引線將電流加到該物體上。本發(fā)明涉及交流應(yīng)用中繞組各線股與電流引線之間的一種連接裝置，能確保電流在各線股之間良好分配。
電抗器繞組或變壓器繞組中的各導(dǎo)線，為了最大限度地減少有害的集聯(lián)效應(yīng)，往往被分成許多彼此相互絕緣的線股。但即使各線股經(jīng)過很好的換位，由于各不同的線股不會包繞著大小完全相同的磁力線，感應(yīng)出來的電壓始終也會有一些變化。這反過來僅促使電流在各不同線股之間分布不均勻，從而使所謂的銅耗增加。然而，各線股的電阻對電流的分布具有穩(wěn)定作用，這是因為感應(yīng)電壓最大的各線股其電流也最大，因而其電阻性電壓降也最大。
那末，如果這類繞組是由許多超導(dǎo)線股組成，則這些起穩(wěn)定作用的電阻性壓降就可以忽略不計了。鑒于現(xiàn)有技術(shù)是將繞組和各線股在繞組端子上彼此連接在一起，感應(yīng)電壓的變化可能會使電流的分布產(chǎn)生很大的變化;關(guān)于這點，可以參看例如1992單元月第28卷第1期的《電氣與電子工程師學(xué)會關(guān)于磁體的會刊》(IEEETRANSACTIONSONMAGNETS)第394-397頁(特別是397頁和圖7)上題為“1000千伏安級電力變壓器大容量超導(dǎo)電纜的改進”一文。這樣，載流量大的線股可能會因超過臨界電流密度而有達到失去超導(dǎo)能力狀態(tài)的危險。這會導(dǎo)致不希望有的局部發(fā)熱。
然而，超導(dǎo)線股在例如磁體方面的直流應(yīng)用就不會產(chǎn)生相應(yīng)的問題。其原因在于，在恒定狀態(tài)下，不會感應(yīng)出能引起電流分布發(fā)生變化的電壓，電流是以極低的單位時間變化率變化的。
在超導(dǎo)應(yīng)用中產(chǎn)生的一個問題是熱量因周圍環(huán)境與實驗物體之間的溫度差而流入冷凍液中的問題。這是因為，套管中的電流引線除了是良好的導(dǎo)電體外同時也是良好的熱導(dǎo)體所致。此外，起碼在大電流的情況下，套管中的電流引線因有電流流過其中而產(chǎn)生熱量。在交流電的情況下也因渦流的出現(xiàn)而生熱。另外還必須考慮電阻因集膚效應(yīng)而引起的增加。因熱量流入冷凍槽而產(chǎn)生的氣體可以通過套管在冷凍槽外面的部分上的排氣孔自由排入周圍的大氣中。
以上所說的意味著，在液體與氣體之間的界面處基本上保持液體溫度的氣流在其往上一直流到槽蓋然后排入周圍環(huán)境(在那里氣流取周圍大氣的溫度)的一路上圍繞電流引線流動，從而可利用來冷卻電流引線。由于氣流的方向與熱量流入的方向相反，這種氣體冷卻過程經(jīng)常叫做對流冷卻過程。為盡可能提交電流引線的效率，電流引線按熱交換器進行設(shè)計。因此，冷凍槽充氣部分的電流引線可以有各種不同的設(shè)計。在牛津的克拉倫敦出版社出版的《超導(dǎo)磁體》(SuperconductingMagnets)一書第272頁上，電流引線被說成是在電氣上并聯(lián)連接彼此間隔一段距離裝設(shè)的薄金屬片，冷凍劑即沿這些薄金屬片流過。薄金屬片組件安置在絕緣材料制成的管狀包殼中，包殼具有內(nèi)部開口空間，包殼的橫截面呈矩形。我們與本申請同時申請的題為“作超導(dǎo)用途用的氣冷套管”的專利申請介紹了一種也利用氣流冷卻電流引線的冷卻裝置，該電流引線由許多板狀子引線組成，在各子引線之間和周圍形成有中間絕緣橫肋條構(gòu)成的冷卻盤管。在冷凍槽外，各子引線變成實心的電流引線。按照特別是《超導(dǎo)磁體》一書所述的目前技術(shù)發(fā)展水平，各子引線是在繞組的各端子處在電氣上互連起來的。
從以上所述可以知道，非超導(dǎo)體對在繞組各端子處互連起來的不同線股形成的各閉合回路之間的電流分布有一定的穩(wěn)定作用，這是由于各線股中具有電阻性的電壓降所致。另一方面，當各線股是由超導(dǎo)體組成時，上述穩(wěn)定作用可以忽略不計。
出于冷卻和最大限度地減少集膚效應(yīng)的原因，因此根據(jù)以上所述，有人將套管中的電流引線分成許多子引線，或者取金屬薄片的形式，或者板狀的形式。然后將這些子引線再在繞組所有線股的繞組端子處互連起來。從以上所述還可以知道，由于套管由子引線組成的電流引線有歐姆電阻，因此電流引線通電時會產(chǎn)生熱量。
現(xiàn)在，本發(fā)明是使套管中各電流引線彼此絕緣呈金屬薄片或板狀的子引線，其數(shù)目取得與繞組中彼引絕緣的線股一樣多，并將各線股的端部與套管每一個電流引線的子引線連接起來。因此，繞組各線股在電氣上的互連是在冷卻槽緊上方各子引線變成實心導(dǎo)線處進行的。這樣，各線股回路，即由各線股和相應(yīng)的子引線形成的回路會有源發(fā)于兩電流引線中各子引線的一定歐姆電阻。這反過來又意味著在各線股是超導(dǎo)體的繞組中對各不同線股之間的電流分布也會起穩(wěn)定作用。
鑒于繞組是由許多超導(dǎo)線股組成的，因而將套管各電流引線中子引線的以得和繞組線股一樣多是不切實際的。因此本發(fā)明也采取這樣的作法，即，將繞組中線股的數(shù)目分成與套管電流引線中各子引線的數(shù)目一樣多的許多線股組，并使各線股組中的線股數(shù)相等。這就是說，在這種情況下也可以對電流的分布有相當大的穩(wěn)定作用。


圖1示出了冷凍槽在槽中采用本發(fā)明接線實施方案時的剖面。
圖2示出了在冷凍槽內(nèi)采用的本發(fā)明的另一接線實施方案。
圖3示出了冷凍槽中的各電流引線在垂直于圖1和2剖面的平面上的剖面。
冷凍槽的實施方案通常取決于實驗物體的形狀和大小，實驗的目的是想使該實驗物體的溫度達到能使與實驗物體相聯(lián)接的電導(dǎo)體進入超導(dǎo)狀態(tài)的溫度。而套管連同其電流引線實際上總是安置在冷凍槽的槽蓋上的。但套管安置在槽蓋上的位置則可根據(jù)有關(guān)的實驗物體加以改變。
圖1和2示出了套管安置在槽蓋中心時冷凍槽的剖面。從述有兩個電流引線的實施例的圖中，可以看到冷凍槽1、槽蓋2、實驗物體3(這里可以看到實驗物體3是個由換位線股組成的繞組3a和磁軛3b)、冷凍液4、氣態(tài)冷凍劑5、電流引線6和7、裝有電流引線帶固定法蘭9的套管外殼8和排氣孔10。
從附圖中還可以看到在各電流引線之間的絕緣體11，且各電流引線由許多板狀子引線12組成。這些子引線在冷凍槽上方夾持著，從而形成大體上實心的電流引線。出于冷卻的原因和其它原因，各子引線在冷凍槽內(nèi)最好彼此間隔一段間距配置。為確保各子引線之間具有相同的間距，并在各子引線之間的空間形成冷卻通道，獲得機械穩(wěn)定性，從各附圖可以清楚地看到，在電流引線6的各子引線與電流引線7相應(yīng)的橫肋條14a、14b……14n之間安置有許多排絕緣材料制成的橫肋條13a、13b……13n。從圖3可以清楚地看到各橫肋條和冷卻通道的配置位置，同時可以看到各電流引線處在垂直于圖1和圖2平面的平面上。
在圖1的最佳實施例中，繞組由許多數(shù)目與套管各電流引線的子引線數(shù)一樣多的線股組成，就是說，一個線股接各子引線的端部。然而，由于各子引線之間的橫肋條是絕緣的，所以各子引線在冷凍槽外側(cè)互連之前，各線股是不會在電氣上互連起來的。
權(quán)利要求
1.一種用在繞組(3a)各超導(dǎo)線股之間的一種連接裝置，供以交流電，其電流是通過電流引線(6，7)及其端部提供的，其中，繞組安置在一個盛有冷卻液的冷凍槽的下部分(4)，而各電流引線位于冷凍槽充有氣體的那些部分被主絕緣體(11)所分隔，而且設(shè)計成板狀子引線(12)，這些子引線處在冷凍槽沒有中間絕緣體的外側(cè)，作為實心導(dǎo)體保持在一起，其特征在于，在冷凍槽內(nèi)各子引線之間配置有許多排絕緣橫肋條，各線股即連接到各子引線的端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞組各超導(dǎo)線股之間的連接裝置，其特征在于，各線股與自己的子引線相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的繞組各超導(dǎo)線股之間的連接裝置，其特征在于，線股分成數(shù)目與子引線的數(shù)目相當?shù)脑S多同樣大小的線股組，各線股組與自己的子引線相連接。
全文摘要
繞組(3a)各超導(dǎo)線股之間的一種連接裝置，供以交流電，其電流要通過冷凍槽中的電流引線(6，7)連接的。其中冷凍槽內(nèi)的電流引線由許多彼此絕緣的子引線組成，冷凍槽外沒有中間絕緣體的子引線都互連成實心的電流引線，且各線股直接與各子引線的端部相連接。
文檔編號H01B12/02GK1090676SQ9312032
公開日1994年8月10日 申請日期1993年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月30日
發(fā)明者D·邦曼, S·赫恩費爾特 申請人:瑞典通用電器勃朗勃威力公司