Pełny tekst - Instytut Elektrotechniki

Daniel GAJDA
Jacek SOSNOWSKI
WYBRANE BADANIA KONSTRUKCYJNE
ELEKTROMAGNESÓW
NADPRZEWODNIKOWYCH
STRESZCZENIE
Przedstawiono przeprowadzone badania
poświęcone konstrukcji elektromagnesów nadprzewodnikowych, na
przykładzie modeli o zmniejszonych gabarytach. Coraz powszechniejsze zastosowania nadprzewodników wymagają opanowania konstrukcji wykonania elektromagnesów nadprzewodnikowych, szczególnie w warunkach coraz szybszego rozwoju nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego. W pracy przedstawiono zbudowane modele
elektromagnesów nadprzewodnikowych o podwyższonej jednorodności pola magnetycznego, nawinięte przewodem z Nb-Ti. Wykonane
pomiary jednorodności pola magnetycznego wykazały zgodność
z założeniami obliczeniowymi. Zmierzono charakterystyki prądowonapięciowe drutu nadprzewodnikowego z Nb-Ti, z którego wykonano
modele elektromagnesów. Przedstawiono wyniki badań charakterystyk prądowo-napięciowych w silnych polach magnetycznych
taśmy wykonanej z wysokotemperaturowych materiałów nadprzewodnikowych typu BiSCCO, bardzo perspektywicznych dla konstrukcji
elektromagnesów nadprzewodnikowych nowej generacji.
słowa kluczowe: nadprzewodnictwo, uzwojenia nadprzewodnikowe,
pole magnetyczne
mgr inż. Daniel GAJDA
Międzynarodowe Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych
i Niskich Temperatur, Wrocław
doc. dr hab. Jacek SOSNOWSKI
Zakład Wielkich Mocy
Instytut Elektrotechniki, Warszawa
PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 226, 2006
114
D. Gajda, J. Sosnowski
1. WYBRANE ZASTOSOWANIA ELEKTROMAGNESÓW
NADPRZEWODNIKOWYCH
Możliwość wytwarzania silnych pól magnetycznych z pomocą uzwojeń
nadprzewodnikowych stanowi najważniejszą przyczynę zastosowania materiałów nadprzewodnikowych w elektrotechnice [1, 2]. Elektromagnesy nadprzewodnikowe o indukcjach przekraczających 10 T wykorzystywane są powszechnie w laboratoriach naukowych, a także coraz częściej stosowane są w przemyśle elektrotechnicznym. Nadprzewodniki stosowane są w konstrukcjach silników elektrycznych oraz generatorów prądu. O skali możliwych do osiągnięcia
oszczędności wynikających z zastosowania nadprzewodników świadczyć może
wielkość rynku energetycznego. Według Amerykańskiego Departamentu Energii silniki elektryczne zużywają około 70 % energii w gospodarstwach domowych oraz ponad 55 % całkowitej energii produkowanej w USA, w tym duże
silniki elektryczne o mocy ponad 0,7 MW zużywają ponad 25 % całkowitej
energii. Duże nadprzewodnikowe silniki elektryczne coraz częściej są używane
w marynarce, także wojennej do napędu statków. Jako najświeższy przykład
podamy ostatnie doniesienie z 2006 r. o kontrakcie zawartym pomiędzy
wiodącą w dziedzinie zastosowań nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego
w elektrotechnice organizacją American Superconductor Corporation
(NASDAQ-AMSC) i amerykańską marynarką (ONR), dotyczącym budowy prototypu silnika okrętowego o mocy 36,5 MW do okrętów wojennych. Ma to być
silnik trójfazowy o zwartej budowie o masie równej 1/3 masy odpowiadającego
silnika konwencjonalnego z uzwojeniem miedzianym i rozmiarach równych
połowie takiego silnika. Kontrakt ten opiewa na łączną sumę 10 mln dolarów,
które mają być przekazane do AMSC do końca marca br. z możliwością rozszerzenia o dodatkowe 7 mln USD. Z kolei AMSC powinna zakończyć budowę
cichego i lekkiego silnika okrętowego do września br. Wówczas poddany on
zostanie badaniom przez marynarkę. Konstrukcja ta jest kontynuacją udanego
modelu nadprzewodnikowego silnika elektrycznego o mocy 5 MW zbudowanego przez AMSC. Zastosowanie uzwojeń nadprzewodnikowych przynieść
więc może olbrzymie oszczędności. Zasadniczą sprawą jest konkurencyjność
ekonomiczna urządzeń wykorzystujących uzwojenia nadprzewodnikowe względem już istniejących rozwiązań. Dąży się do uzyskania tych samych kosztów
produkcji silnika konwencjonalnego i nadprzewodnikowego o tej samej mocy
i momencie obrotowym. Zaletą oczywiście jest mniejsze zużycie materiału
i masa uzwojenia nadprzewodnikowego, wadą z kolei konieczność chłodzenia.
Podstawowym problemem zastosowań nadprzewodników zarówno nisko- jak
Wybrane badania konstrukcyjne elektromagnesów nadprzewodnikowych
115
i wysokotemperaturowych w takich urządzeniach elektrycznych jak silniki,
transformatory, kable przesyłowe energii elektrycznej, jest usprawnienie procesu technologicznego prowadzącego do podwyższenia wartości prądu krytycznego i jego odporności na pole magnetyczne. Wyższa gęstość prądu możliwa
do przenoszenia przez druty nadprzewodnikowe w porównaniu z miedzianymi
przewodami powoduje, że silniki elektryczne wykonane z uzwojeniem nawiniętym z nadprzewodników są bardziej wydajne, gdyż może w nich być wytworzone znacznie silniejsze pole magnetyczne w tej samej objętości. Postęp
w projektowaniu silników z uzwojeniem nadprzewodnikowym umożliwia osiągnięcie tej samej mocy wyjściowej, jak dla silnika konwencjonalnego przy znacznie mniejszych rozmiarach i masie. Realizuje się to poprzez konstrukcje uzwojeń nadprzewodnikowych spełniających zadane warunki. Szczególnie istotnym
problemem jest uzyskanie jednorodnego pola magnetycznego na całej długości
uzwojenia. Problem ten jest rozwiązywany poprzez zastosowanie cewek korekcyjnych o odpowiednim kształcie w uzwojeniach nadprzewodnikowych. Zagadnienia jednorodności pola magnetycznego występują w szczególnie istotny
sposób przy konstrukcji tomografów nadprzewodnikowych, wykorzystujących
jądrowy rezonans magnetyczny zwany w skrócie z angielskiego NMR (Nuclear
Magnetic Resonanse). Po raz pierwszy zagadnienie wykorzystania zjawiska
NMR do badań ciała ludzkiego – rozkładu przestrzennego protonów pojawiło
się w latach 1972...1973. Duży postęp w tej dziedzinie nastąpił po roku 1980.
W 1993 r było zainstalowanych na świecie już około 7 tysięcy tomografów
(w tym 3647 w samych USA). Obecnie tomografy NMR buduje szereg firm
zarówno w USA General Electrics, jak i w Europie Siemens. Stanowią one pomimo wysokiej ceny już standardowe wyposażenie klinik, a nawet prywatnych
gabinetów lekarskich. W Polsce pracuje kilkanaście tomografów NMR, w tym
w Warszawie, w Częstochowie. Rozwiązania techniczne tomografów NMR
różnią się znacznie, ale mają one jedną wspólna cechę – obrazują rozkład
gęstości spinów głównie jonów atomów wodoru, wchodzącego w skład cząsteczek wody lub czasów relaksacji w zadanym gradientowym polu magnetycznym. Silne pola magnetyczne są również wykorzystywane w zasobnikach
energii SMES. Nadprzewodnikowy zasobnik energii złożony jest z elektromagnesu nadprzewodzącego gromadzącego energię w postaci pola magnetycznego, kriostatu utrzymującego temperaturę kriogeniczną oraz układów elektroniczno – elektrycznych odpowiedzialnych za ładowanie i rozładowanie cewki
nadprzewodnikowej. Do niedawna zasobniki budowane były w kształcie cylindra, który pozwala magazynować dużą energię magnetyczną, jednak wynikiem
ubocznym takiego rozwiązania było silne pole magnetyczne na zewnątrz oraz
duże naprężenia w uzwojeniu. Aby polepszyć właściwości tej konstrukcji stosowano rdzenie magnetyczne jak w transformatorze. Rozwiązanie to było dobre
dla zasobników, które miały gromadzić energię w małym polu magnetycznym
116
D. Gajda, J. Sosnowski
rzędu 1,5 T. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie cewki w kształcie toroidu,
jednak problem, który się pojawił w przypadku zastosowania cewki toroidalnej
był związany ze zbyt niskim otrzymywanym polem magnetycznym. Cewka taka
na zewnątrz uzwojenia nie wytwarza pola magnetycznego, jednak pole magnetyczne magazynujące energię jest niewysokie. Magnesy stałe i rezystywne
ze względu na swoją masę, słabą jednorodność i niską wartość wytwarzanej
indukcji magnetycznej ustępują miejsca magnesom nadprzewodnikowym. Dotychczas stosowało się głównie elektromagnesy nadprzewodnikowe nawinięte
z drutów nadprzewodnikowych wykonanych z NbTi lub Nb3Sn umieszczone
w kriostacie z ciekłym helem. Magnesy takie mogą wytwarzać bardzo silną
indukcję magnetyczną do 17 T o dużej jednorodności pola magnetycznego.
Wadą tych urządzeń jest konieczność pracy w niskiej temperaturze rzędu 4,2 K.
Zastosowanie uzwojeń nawiniętych z drutów z nadprzewodników wysokotemperaturowych pozwoli podnieść temperaturę pracy i wartość wytwarzanego pola
magnetycznego w elektromagnesie. Problemem pozostaje osiągnięcie dużej
jednorodności pola magnetycznego w przestrzeni prowadzenia badań. W celu
poprawiania jednorodności pola magnetycznego elektromagnes główny wyposaża się w cewki korekcyjne.
W Polsce prace nad wykorzystaniem silnych pól magnetycznych wytworzonych przez uzwojenia nadprzewodnikowe w urządzeniach elektrycznych rozpoczęte zostały w latach siedemdziesiątych w EMA-Dolmel, gdzie opracowano
model elektrycznej maszyny wirującej z wykorzystaniem efektu nadprzewodnictwa. Zaprojektowana maszyna testowa była prądnicą unipolarną z dwutarczowym wirnikiem o mocy 48 kW. Uzwojenie wzbudzenia zostało wykonane
z nadprzewodnika typu NbTi składającego się z 48 filamentów w matrycy
miedzianej o średnicy 0,7 mm. Prąd krytyczny drutu miał wartość 283 A przy
2 T i 151 A przy 5 T w temperaturze 4.2 K.
2. PRACE KONSTRUKCYJNO-BADAWCZE
NAD WYKONANIEM MODELI ELEKTROMAGNESÓW
NADPRZEWODNIKOWYCH
Niniejszy artykuł poświęcony jest analizie zagadnienia uzyskania jednorodnych pól magnetycznych z użyciem uzwojeń nadprzewodnikowych. Omówiono w nim badania przeprowadzone w Międzynarodowym Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych i Niskich Temperatur we Wrocławiu na zaprojektowanych i wykonanych uzwojeniach nadprzewodnikowych, pokazanych na rys. 1.
Wybrane badania konstrukcyjne elektromagnesów nadprzewodnikowych
117
Rys. 1. Wykonane uzwojenia nadprzewodnikowe zastosowane w badaniach
Przedstawiony na rys. 2 jeden z karkasów wykonany został w takim
kształcie, żeby móc nawinąć na nim dwie wewnętrzne cewki korekcyjne,
zwiększające jednorodność pola magnetycznego. Długość uzwojenia głównego
wynosiła 8 cm, a średnica 5 cm. Karkas przed rozpoczęciem nawijania uzwojenia odpowiednio zabezpieczano przed możliwością wystąpienia przebicia
z uzwojeniem, poprzez pokrycie go izolacją elektryczną odporną na niskie temperatury. W tym celu stosuje się na ogół izolacyjny papier lub szklaną tkaninę.
Podczas nawijania dbano o dużą czystość przewodu. Drut przed nałożeniem na
karkas cewki dokładnie oczyszczano z pomocą spirytusu np. izopropylowego.
Podczas nawijania zwracano również uwagę, żeby nie dostały się pomiędzy
uzwojenia zanieczyszczenia mechaniczne – szczególnie opiłki żelaza, które
podczas pracy elektromagnesu mogą spowodować uszkodzenie uzwojenia.
Między zwojami można natomiast umieścić przekładki izolacyjne wykonane
z nici, aby zminimalizować tarcie przewodów o siebie podczas pracy. W ten
sposób drut zostaje zabezpieczony przed możliwością utraty izolacji ochronnej
wykonanej z reguły z emalii. Warstwy uzwojenia oddziela się od siebie z pomocą odpowiednich przekładek wykonanych z papieru izolacyjnego. Na ogół,
do impregnacji uzwojenia stosuje się żywicę epoksydową, ponieważ zapewnia
ona dobre zabezpieczenie uzwojenia. W celach badawczych, do elektromagnesów mniejszych rozmiarów można zastosować różne kleje (na przykład BF),
wosk, parafinę. Podczas nawijania każdą warstwę uzwojenia starannie pokrywano żywicą. Wybór rodzaju żywicy zależy od warunków, w jakich będzie
118
D. Gajda, J. Sosnowski
a)
b)
100
B (mT)
I = 60 A
80
I = 45 A
60
I = 30 A
40
cewka główna
uzwojenia
20
0
uzwojenia
korekcyjne
0
korekcyjne
-4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5
2
4
1 1,5
6
2 2,5
L (cm)
3 3,5
8
4 4,5
5 5,5
10
6
Rys. 2. Rozkład indukcji magnetycznej wzdłuż osi uzwojenia nawiniętego na karkasie, o długości 8 cm i średnicy 5 cm, z dwoma uzwojeniami korekcyjnymi, przy różnych prądach w uzwojeniu. a) widok
uzwojenia, b) rozkłady indukcji magnetycznej.
pracować uzwojenie. Należy zwrócić szczególną uwagę na właściwości żywicy
w niskich temperaturach, w tym przewodność cieplną i przyczepność do izolacji
przewodu. W sześciu badanych cewkach pokazanych na rys. 1 do impregnacji
zastosowano żywicę epoksydową z odpowiednim utwardzaczem. Pomiary wykonane w ciekłym helu potwierdziły, że impregnacja została wykonana prawidłowo, ponieważ nie wystąpiły pęknięcia żywicy. Okazało się również, że bardzo
cienka taśma klejąca także sprawdza się doskonale jako impregnacja uzwojenia (nie stwierdzono występowania pęknięć).
119
Wybrane badania konstrukcyjne elektromagnesów nadprzewodnikowych
W celu nawinięcia uzwojeń badawczych wykonany został specjalny
wałek o grubości zbliżonej do średnicy cewki, który podczas nawijania został
wsunięty do środka karkasu, w którym zamocowano pokrętło. W wyniku ruchu
pokrętła uzwojenie nadprzewodnikowe było mocno naciągnięte za pomocą odpowiedniego obciążenia podczas nawijania na karkas. Karkas, wałek i pokrętło
a)
500
V (μV)
400
NbTi
300
B = 9 T
200
T = 4 ,2 K
100
I (A )
0
0
20
40
60
80
100
120
140
-1 0 0
b)
3000
V
(μ V )
2500
N b T i
2000
1500
B
=
1 0
T
=
4 ,2
T
K
1000
500
I (A )
0
0
20
40
60
80
100
120
140
-5 0 0
Rys. 3. Charakterystyki prądowo-napięciowe zastosowanego drutu
nadprzewodnikowego typu NbTi w temperaturze 4.2 K.
a) zależność zmierzona przy indukcji pola B = 9 T, b) analogiczna zależność przy indukcji B = 10 T. Widoczne są szumy aparaturowe związane
z silną indukcją pola magnetycznego i wysoką precyzją pomiaru.
120
D. Gajda, J. Sosnowski
były zamontowane w tokarce. W przypadku czterech pierwszych cewek bez
uzwojeń korekcyjnych przewód nakładany był w wyniku obrotu karkasu wokół
własnej osi przy jednoczesnym przesuwie w poziomie. Nawijanie było rozpoczynane od jednego końca cewki i kończyło się na drugim. Operacja ta była
powtarzana w zależności od ilości warstw. Uzwojenia korekcyjne były nawijane
w odpowiedniej kolejności, tym samym drutem, co główne uzwojenie. Dla
przedstawionego na rys. 2 karkasu nawijanie uzwojeń rozpoczęto od punktu A,
w wyniku czego najpierw została nawinięta mniejsza, wewnętrzna cewka korekcyjna. Kolejnym krokiem było nawinięcie drugiej cewki korekcyjnej (dłuższej), co
kontynuowano od punktu B. Po nawinięciu uzwojenia drugiej cewki korekcyjnej
przewód z punktu C został przełożony do punktu D, gdzie rozpoczęto nawijanie
kolejno drugiej i pierwszej cewki korekcyjnej. Po zakończeniu nawijania cewek
korekcyjnych w punkcie E rozpoczęto nawijanie uzwojenia głównego. Zastosowano drut nadprzewodnikowy z niob-tytanu NbTi, złożony z włókien o średnicy
0,05 mm otoczonych matrycą miedzianą, która stanowi około 60 % całego przewodu. Drut nadprzewodnikowy pokryty był emalią odporną na niskie temperatury, która stanowi osłonę dielektryczną. Charakterystyka prądowo-napięciowa
tego przewodu zmierzona w temperaturze ciekłego helu (T = 4,2 K) w magnesie
rezystywnym bitterowskim wytwarzającym indukcję magnetyczną 9 T pokazana
jest na rys. 3a), natomiast w celach porównawczych przedstawiona jest na rys.
3b) analogiczna charakterystyka zmierzona przy indukcji 10 T. Jak widać prąd
krytyczny drutu nadprzewodnikowego NbTi uległ obniżeniu ze 110 A do 45 A
wraz ze wzrostem indukcji magnetycznej od 9 T do 10 T.
Przy projektowaniu kształtu uzwojenia wyznaczano oczekiwaną wartość
indukcji magnetycznej B0 generowaną w centrum solenoidu w wyniku przepływu
prądu przez uzwojenie na podstawie następującej zależności
B0 = a1 ⋅ J ⋅ F (α , β )
W powyższym wzorze J jest gęstością prądu, F(α, β) charakterystyczną
funkcją zależną od wielkości i geometrii karkasu. Wartość funkcji F(α, β)
F (α , β ) = μ 0 β ln
α + α2 + β2
1+ 1+ β 2
zależna jest od współczynników kształtu α i β, które określone są poprzez iloraz
wymiarów karkasu z uwzględnieniem nawiniętego uzwojenia:
Wybrane badania konstrukcyjne elektromagnesów nadprzewodnikowych
α=
a2
a1
β=
121
b
a1
Parametr 2a1 oznacza średnicę karkasu, 2a2 średnicę zewnętrzną uzwojenia nadprzewodnikowego, 2b długość solenoidu.
Charakterystyki pokazane na rys. 2 przedstawiają rozkład zmierzonej
indukcji magnetycznej w zależności od wartości prądu wzdłuż osi uzwojenia
nadprzewodnikowego. Natężenie prądu płynącego przez uzwojenie miało wartość w pierwszej próbie 30 A, w drugiej 45 A, natomiast w trzeciej 60 A. Pomiar
przy prądzie o natężeniu 30 A, dla uzwojenia wykonanego z NbTi wykonano
dwukrotnie, a wyniki potwierdziły powtarzalność rezultatów.
10
W przypadku taśm z nadprzeV (μV)
wodników
wysokotemperaturo8
BiSCCO
wych stwierdzono znacznie więk6
szy rozrzut charakterystyk pomiaT = 77 K
4
rowych − wartości prądu krytycznego zmieniały się w zależności
2
I [A]
od testowanego odcinka taśmy.
0
Prąd krytyczny wyznaczano na
0
10
20
30
40
50
60
70
podstawie charakterystyk prądowo-napięciowych, z których jedna
Rys. 4. Charakterystyka prądowo-napięciowa
dla taśmy nadprzewodnika wysokowysokotemperaturowej taśmy nadprzewodtemperaturowego typu BiSSCO
nikowej typu BiSCCO w temperaturze ciekprzedstawiona jest na rys. 4.
łego azotu
Podczas pomiarów prowadzono następującą procedurę utrzymywania
temperatur helowych. Do określania poziomu helu zostały użyte dwa wskaźniki
temperatury. Jeden został umieszczony 10 cm nad cewką, a drugi 20 cm nad
uzwojeniem. Czasem do określania poziomu helu używa się trzy rezystory.
Górny rezystor w temperaturze helowej posiadał rezystancję równą R = 202 Ω,
a w temperaturze pokojowej R = 39 Ω, natomiast drugi rezystor posiadał
w temperaturze helowej R = 355 Ω, a w temperaturze pokojowej R = 252 Ω.
Kriostat był zalewany ciekłym helem do momentu, gdy rezystancja na górnym
rezystorze umieszczonym nad elektromagnesem osiągnęła wartość R =202 Ω.
Wtedy zalewanie zostawało przerwane i zaczęto prowadzić pomiary. Dolewanie
helu do kriostatu wykonywane było, gdy rezystancja dolnego rezystora
umieszczonego bezpośrednio nad elektromagnesem nadprzewodnikowym
miała mniejszą wartość niż 355 Ω. Oznaczało to, że hel obniżył swój poziom na
122
D. Gajda, J. Sosnowski
tyle, że może ulec uszkodzeniu cewka nawinięta drutem nadprzewodnikowym.
Czujnikami, które zostały użyte do określania poziomu helu były rezystory firmy
Allen-Bradley. Rezystory te zbudowane są z pasty grafitowej umieszczonej
w rurce ceramicznej. Zawierają one odpowiednie wypełniacze kompensujące
zależność temperaturową przy temperaturach wyższych od 25 K. Główną cechą, która wpływa na zastosowanie tych elementów jest ich stabilność i powtarzalność. Obniżenie temperatury powoduje wzrost ich rezystancji, co umożliwia
wyznaczenie temperatur w zakresie temperatur helowych. Do pomiarów pola
magnetycznego uzwojeń zostało użyte urządzenie pomiarowe wyprodukowane
przez firmę Lake Shore model 420. Urządzenie to działa w oparciu o czujnik
Halla. Sonda do pomiaru pola magnetycznego − hallotron została umieszczona
na rurze z niemagnetycznej stali nierdzewnej o długości 150 cm. Umożliwiało to
dostęp do uzwojenia nadprzewodnikowego umieszczonego w kriostacie na
głębokości 130 cm.
Ostatnia charakterystyka pomiarowa pokazana na rys. 5 przedstawia
zależność indukcji magnetycznej od prądu w różnych miejscach uzwojenia.
Wykonane pomiary w temperaturze ciekłego helu umożliwiły określenie wpływu
długości, średnicy i ilości warstw uzwojenia na wielkość indukcji magnetycznej.
200
B(mT)
y0 = 2,9803x + 0,585
lin = 1
150
y1 = 2,8293x - 0,1033
lin = 1
100
y2 = 2,3043x + 0,6117
lin = 0,9995
y2,5 = 1,934x + 1,12
lin = 0,999
50
y3 = 1,6087x - 0,1367
lin = 0,9999
środek
uzwojenia
1 cm
2 cm
2,5 cm
3 cm od środka
uzwojenia
I (A)
0
0
10
20
30
40
50
60
Rys. 5. Zależność indukcji magnetycznej od prądu
płynącego przez uzwojenie nadprzewodnikowe mierzonej w funkcji odległości od środka wzdłuż osi cewki.
Wzory aproksymują liniowo zależność indukcji magnetycznej (y) od prądu (x). Parametr lin jest miarą dokładności tej aproksymacji
Niewysokie wartości otrzymanej indukcji magnetycznej wynikają z ograniczonych rozmiarów uzwojenia przeznaczonego do celów badawczych, składa-
Wybrane badania konstrukcyjne elektromagnesów nadprzewodnikowych
123
jącego się na ogół z trzech warstw. Przeprowadzone pomiary zależności pola
magnetycznego od prądu dla badanych cewek wykazały, że indukcja magnetyczna zmienia się względem prądu w solenoidach nadprzewodnikowych
w temperaturze helowej w sposób prawie liniowy. Wprowadzenie linii trendu do
analizy pozwoliło określić dla każdego punktu wzdłuż osi uzwojenia nie tylko
współczynnik lin, który określał stopień liniowości charakterystyki B(I) uzwojenia, ale także umożliwił wyznaczenie w dokładny sposób zależności pola magnetycznego od prądu. Za pomocą tej funkcji wyznaczano dokładną wartość
indukcji magnetycznej w różnych punktach na osi uzwojenia nadprzewodnikowego w funkcji prądu.
LITERATURA
1. Wilson M.N., Superconducting Magnets, Clarendon Press, Oxford, 1983.
2. Sosnowski J., Nadprzewodnictwo i zastosowania, Wyd. Książkowe IEl 2003.
Rękopis dostarczono, dnia 22.09.2005 r.
Opiniował: prof. dr hab. inż. Tadeusz Janowski
SELECTED CONSTRUCTIONAL
INVESTIGATIONS OF THE SUPERCONDUCTING
ELECTROMAGNETS
Daniel GAJDA, Jacek SOSNOWSKI
ABSTRACT
The paper presents performed investigations
concerning construction of superconducting electromagnets.
Examples of the built models of superconducting electromagnets with
reduced dimensions are enclosed. Electromagnets with improved
homogeneity have been constructed. They were wound using Nb-Ti
wires. Measurements of homogeneity of magnetic induction
distribution have been performed, which indicated to the agreement
with the performed calculations. Current-voltage characteristics of the
Nb-Ti wires from which the coils were wound have been measured.
Measurements of current-voltage characteristics of the BiSCCO high
temperature tapes in strong magnetic fields were performed too.
124
D. Gajda, J. Sosnowski
Mgr inż. Daniel Gajda ukończył Wydział Elektryczny
Politechniki Częstochowskiej w 2005 r. Napisał pracę magisterską zatytułowaną: Zastosowanie nadprzewodnictwa i krioelektrotechniki w urządzeniach pracujących w kraju. Obecnie jest
pracownikiem Międzynarodowego Laboratorium Silnych Pól
Magnetycznych i Niskich Temperatur we Wrocławiu. Autor
dziesięciu artykułów w czasopismach naukowych i materiałach
konferencyjnych.
Doc. dr hab. Jacek Sosnowski. Absolwent Wydziału Fizyki UW z 1971 r. Doktorat (1975 r.) poświęcony był badaniom własności nadprzewodnikowych półmetalicznego selenku lantanu, natomiast habilitacja (1982 r.) badaniom interesujących od strony aplikacyjnej również obecnie, materiałów nadprzewodnikowych o strukturze typu A15 Nb3Ga z domieszkami magnetycznymi. Pracuje w Instytucie Elektrotechniki od 1980 r. obecnie na stanowisku docenta, w latach
1998...2003 profesora kontraktowego, nad zagadnieniami
nadprzewodnictwa stosowanego. Zajmuje się modelowaniem
zagadnień elektromagnetycznych w nadprzewodnictwie –
prąd krytyczny, siły zakotwiczenia oraz zastosowaniami nadprzewodników wysokotemperaturowych np. w ogranicznikach prądowych. Odbył staże naukowe w Japonii, Francji,
Rosji, Niemczech. Opublikował ponad 200 prac. w czasopismach naukowych i materiałach konferencyjnych.