HIGH-SPEED SUPERCONDUCTING PERSISTENT SWITCH

• Main Authors: ZEIGLER, JOHN, C, PECK, SCOTT, D
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 22.10.1998
• Edition: 6
• Subjects: CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTINGELECTRIC POWER; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER; ELECTRICITY; GENERATION; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY

A superconducting magnetic energy storage system, including a superconducting persistent switch, is disclosed. The system includes a superconducting magnet connected in parallel with the persistent switch, both contained within a cryostat that is maintained at superconducting temperatures. Leads extending from the parallel connection of the magnet and switch are coupled to a power conditioning system, which in turn is coupled to a system load for which the system provides backup power. The disclosed persistent switch is fabricated as the bifilar or meandering winding of a wire having multiple superconducting strands within, and directly in contact with, an electrically conductive but non-superconducting stabilizer material. In normal operation, a large current, on the order of 1 kA, is conducted by the magnet and persistent switch, as both are in a superconducting state. The persistent switch is normalized into a resistive state, to apply the stored energy to the load, by applying a rapid rise time current to the wire. For a periodic current of sufficiently high frequency, the skin effect causes the high frequency current to be conducted primarily by the stabilizing material, which heats the superconducting strands in the switch to above the critical superconducting temperature, rendering the switch resistive and thus directing the storage current to the load. Alternatively, for a rapid rise time current pulse, sufficient change in the current conducted by at least some of the superconducting strands causes heating due to flux-flow resistance, normalizing the switch. On décrit un système supraconducteur de stockage d'énergie magnétique comprenant un commutateur persistent supraconducteur. Ledit système inclut un aimant supraconducteur monté en parallèle avec le commutateur persistent, ces deux éléments étant logés dans un cryosat maintenu à des températures de supraconduction. Des fils d'amenée prolongeant le branchement en parallèle de l'aimant et du commutateur sont couplés à un circuit de conditionnement d'énergie lui-même raccordé à une charge du système pour lequel le circuit fournit une énergie de réserve. Le commutateur persistent de l'invention est fabriqué sous la forme d'un enroulement bifilaire ou méandrique d'un fil comprenant de multiples torons supraconducteurs à l'intérieur, et directement en contact avec, un matériau de stabilisation conducteur mais non supraconducteur. Pendant le fonctionnement normal, un courant de forte intensité, de l'ordre de 1 kA, est porté par l'aimant et le commutateur persistent, ces deux éléments étant dans un état de supraconductivité. Le commutateur persistent est normalisé dans un état de résistance qui permet d'appliquer sur la charge l'énergie stockée, par application d'un courant de temps de montée rapide sur le fil. Pour un courant périodique de fréquence suffisamment élevée, l'effet pelliculaire provoque la conduction du courant haute fréquence principalement par le matériau de stabilisation, lequel chauffe les torons supraconducteurs dans le commutateur à une température supérieure au point critique de supraconduction, ce qui confère la résistance au commutateur et donc dirige le courant de stockage vers la charge. Dans un autre aspect, pour un temps de montée d'une pulsation rapide, un changement suffisant dans le courant porté par au moins quelques-uns des torons supraconducteurs provoque un échauffement dû à une résistance d'écoulement de flux, ce qui normalise le commutateur.