Magnetic fields and forces in thin toroidal magnetic energy storage

• Autorzy: Vasetsky Y. , Rotachev J.

Warianty tytułu

PL

Pole magnetyczne w cienkościennym, toroidalnym systemie SMES

• Konferencja: Międzynarodowe Warsztaty "Computational Problems of Electrical Engineering"
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The toroidal superconducting magnetic energy storage (SMES) systems and toroidal Tokamak fusion reactors resemble each other geometrically, where individual toroidal field (TF) magnetic coils are arranged around a circular axis. At the same time the high costs of support system materials stimulates to look for another configuration with smaller electromagnetic forces. The toroidal solenoid with tilted coils is one of such systems. In this paper an analytical model for analysis of magnetic fields and forces is developed. An ideal model with a thin toroidal current sheet, composed of an infinite number of current filaments, is considered. The configuration of each filament is the same as the configuration of the curvilinear axis of coil. For this condition a poloidal and toroidal components of surface density current were determined. The magnetic fields inside and outside circular torus were analyzed. The equations of linear density forces that act in tilted coils were obtained as a function of tilting angle.

PL

W typowych urządzeniach z toroidalnymi cewkami takich jak SMES, czy Tokamak występują wielkie siły elektromagnetyczne, które wymagają zastosowania kosztownych systemów podtrzymujących konstrukcję. Solenoid toroidalny z pochylonymi cewkami jest jedną z ciekawych alternatyw dla takich urządzeń ze względu na mniejsze siły i niższy z tego względu koszt. W pracy przedstawiono model matematyczny umożliwiający analizę pola i sił w takim solenoidzie. Podstawą do rozważań jest idealny model toroidalnego okładu prądowego złożonego z nieskończenie wielu zwojów. Geometria każdego zwoju jest taka, jak geometria przekrzywionej osi cewki. Dla takiego układu wyznaczono rozkład składowych wektora powierzchniowej gęstości prądu i na tej podstawie wyznaczono rozkład pola magnetycznego i siły działającej na cewkę. Zależności przedstawiono jako funkcję kąta pochylenia cewki.

Słowa kluczowe

EN

calculation; model; mathematical model; magnetic field; electrodynamic forces; magnetic energy storage

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 81, nr 2
• Strony: 51--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Vasetsky Y.

• Institute of Electrodynamics, National Academy of Sciences of Ukraine. 56, Peremogy Avenue, 03680, Kiev-57, Ukraine

autor

Rotachev J.

• Institute of Transport-Energy Systems of Ukraine. 160, Frunze str., 04073, Kiev, Ukraine

Bibliografia

• [1] Thome R.J., Tarrh J.M. MHD and Fusion Magnets. Field and Force Design Concepts. New York, A Wiley-Interscience publication, 1982.
• [2] Ларионов Б.А., Спевакова Ф.М., Столов А.М., Азизов Э.А. Проблемы накопления и преобразования электромагнитной энергии в импульсных системах питания с индуктивными накопителями. Физика и техника мощных импульсных систем. Москва, Энергоатомиздат, 1983, c. 66-104.
• [3] Georgievskiy A.V., Martynov S.A., Rudakov V.A., et al. Magnetic Configuration Circular Stellarator System. Voprosy Atomnoj Nauki i Tekniki (ВАНТ) Ser: Termoyadernyj Sintez. Moscow, TsNIIAtominform, 1989, issue 4, pp. 28-35 (in Russian).
• [4] Bykov V.E., Volkov E.D., Georgievskiy A.V., et al. Optimization Studies of Compact Torsatrons. Proc. 12th Int. Conf. Plasma Physics and Contr. Nucl. Fusion Research, 1988, Nice, 1989, Vienna, rept. IAEA-CN-50/C-1-5, pp. 403-410.
• [5] “ITER Outline Design”, January 1994.
• [6] Georgiyevskiy A., Ostrow S., Vasetsky Yu., Rotachov Yu. Toroidal Magnetic Systems with Tilted Coils for Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES). PPE-2004. Technical Electrodynamics, 2004, part 2, pp. 3-6.
• [7] Vasetsky Yu. Multipole Representation of Electric and Magnetic Fields in Systems with Curved Conductors. Electrichestvo, 1999, N 11, pp. 49-53 (in Russian).