Өте өткізгіш электр машинасы - Superconducting electric machine

Өте өткізгіш электр машиналары болып табылады электромеханикалық жүйелер бір немесе бірнеше қолдануға негізделген асқын өткізгіштік элементтер. Өте өткізгіштерде жоқ болғандықтан Тұрақты ток қарсылық, олар әдетте үлкенірек тиімділік. Өте өткізгіш машинаны қызықтыратын ең маңызды параметр - бұл әдеттегі машинада мүмкін емес өте жоғары магнит өрісінің пайда болуы. Бұл қозғалтқыш көлемінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі; бұл қуат тығыздығының үлкен өсуін білдіреді. Алайда, асқын өткізгіштер белгілі бір асқын өткізгіштік ауысу температурасында нөлдік қарсылыққа ие болғандықтан, Тc бұл бөлме температурасынан жүздеген градусқа төмен, криогеника қажет.

Тарих

Тұрақты ток гомополярлық машиналар ең көне болып табылады электр машиналары. Майкл Фарадей біреуін 1831 жылы жасады.[дәйексөз қажет ] Өте өткізгіш Тұрақты тұрақты гомополярлы машиналар стационарлық жағдайда асқын өткізгіштерді қолданады өріс орамдары және қалыпты өткізгіштер олардың айналмалы орамасында. 2005 жылы Жалпы атом компания үлкен жылдамдықты суперөткізгіштік құруға келісімшарт алды гомополярлы қозғалтқыш үшін кеме қозғалыс.[1] Өте өткізгіш гомополярлық генераторлар ретінде қарастырылды импульстік қуат көздері лазерлік қару жүйелер. Дегенмен, гомополярлық машиналар көптеген қосымшалар үшін практикалық болмады.

Бұрын айнымалы токтағы тәжірибелік синхронды суперөткізгіш машиналар роторлармен төмен температуралы металл өткізгіштерді қолдана отырып жасалды. асқын өткізгіштік салқындаған кезде сұйық гелий. Олар жұмыс істеді, бірақ сұйық гелийді салқындатудың қымбаттығы оларды көптеген қосымшалар үшін тым қымбатқа түсірді.

Жақында синхронды айнымалы ток өткізгіш машиналар жасалды қыш көрмеге қатысатын роторлы өткізгіштер жоғары температуралы асқын өткізгіштік. Бұл бар сұйық азот роторларындағы салқындатылған керамикалық асқын өткізгіштер. Керамикалық асқын өткізгіштерді жоғары температуралы немесе сұйық азотты температуралы асқын өткізгіштер деп те атайды. Сұйық азот салыстырмалы түрде арзан және өңдеуге ыңғайлы болғандықтан, сұйық гелиймен салқындатылған металлдан өткізгіш машиналарға қарағанда керамикалық асқын өткізгіш машиналарға қызығушылық жоғары.

Қазіргі қызығушылық

Айнымалы синхронды керамикалық асқын өткізгіш машиналарға деген қызығушылық осыған ұқсас үлкен машиналарда генераторлар коммуналдық және кемеде қолданылады электр станциялары және қозғалтқыштар кемені қозғау кезінде қолданылады. Американдық суперөткізгіш және Нортроп Грумман 36,5 МВт керамикалық суперөткізгішті қозғалтқыш қозғалтқышын жасады және көрсетті.

Олар салмағы аз болғандықтан, мұнара мен құрылыс шығындарын төмендететіндіктен, олар генератордың болашағы зор технологиясы ретінде қарастырылады жел турбиналары. Супер өткізгішті генераторлар кезінде генераторлардың салмағы мен көлемін тікелей жетекші синхронды генераторлармен салыстырғанда азайтуға болады, бұл бүкіл турбинаның шығындарын төмендетуге әкелуі мүмкін.[2] Алғашқы коммерциялық турбиналар шамамен 2020 жылы орнатылады деп күтілуде.[3]

Өте өткізгіш электр машиналарының артықшылықтары мен кемшіліктері

Кәдімгі өткізгіш машинамен салыстырғанда

Өте өткізгіш электр машиналарының әдетте келесі артықшылықтары бар:

  1. Роторлы электромагнитте ғана резистивтік шығындар азаяды.
  2. Салқындатқыш жабдықты ескермей, бір қуат сыйымдылығының мөлшері мен салмағы төмендетілді.

Сонымен қатар келесі кемшіліктер бар:

  1. Салқындату жүйесінің құны, мөлшері, салмағы және асқынуы.
  2. Асқын өткізгіштер болса, қозғалтқыштың немесе генератордың кенеттен төмендеуі немесе жойылуы асқын өткізгіш күйін қалдырыңыз.
  3. Ротордың тұрақсыздығына үлкен тенденция. Өте өткізгіш роторда әдеттегі ротордың демпфері болмайды. Оның жылдамдығы оның синхронды жылдамдығының айналасында ауытқуы немесе тербелуі мүмкін.
  4. Мотор мойынтіректер суыққа төтеп беру керек немесе суық ротордан оқшаулау қажет.
  5. Синхронды қозғалтқыш ретінде электронды басқару практикалық жұмыс үшін өте маңызды. Электрондық басқару аса салқындатылған роторлы электромагнитте гармоникалық шығындарды жоғарылатады.

Жоғары температуралы суперөткізгіштерге қарағанда төмен температураға арналған

  1. Жоғары температуралы асқын өткізгіштер (HTS) сұйық азоттың оңай алынатын температурасында асқын өткізгіштікке айналады, бұл әдетте төмен температуралы асқын өткізгіштерде қолданылатын сұйық гелийден әлдеқайда үнемді.
  2. HTS керамика болып табылады және әдеттегі металл қорытпасынан асқын өткізгіштерге қатысты сынғыш ниобий-титан.
  3. Керамикалық суперөткізгіштерді болтпен немесе дәнекерлеп асқын өткізгіш қосылыстар құру мүмкін емес. Керамикалық суперөткізгіштер жасалынған кезде олардың соңғы күйінде құйылуы керек. Бұл өндіріс шығындарын арттыруы мүмкін.[дәйексөз қажет ]
  4. Керамикалық асқын өткізгіштерді магнит өрістерінің тербелісі арқылы асқын өткізгіштіктен оңай шығаруға болады. Бұл өткінші жағдайлар кезінде қиындық тудыруы мүмкін, өйткені кенеттен жүктеме немесе жабдықтау өзгерген кезде.[дәйексөз қажет ]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «АҚШ Әскери-теңіз күштері үшін жетілдірілген қозғалмалы қозғалтқышты жобалау және жасау үшін жалпы атомдар».
  2. ^ Ислам және басқалар, Теңіздегі жел турбинасы населіне шолу: Техникалық қиындықтар, зерттеу және даму тенденциялары. In: Жаңартылатын және орнықты энергияға шолулар 33, (2014), 161–176, дои:10.1016 / j.rser.2014.01.085
  3. ^ Жалпы генераторлар: 2020 жылға дейін өнеркәсіптік өндіріс. In: Energie und Technik, 12 мамыр 2015. Тексерілді, 24 желтоқсан 2015 ж.

Әрі қарай оқу

  • Бамби, Дж. Р., Суперөткізгіш айналмалы электр машиналары, Оксфорд: Clarendon Press, 192 бет, 1983 ж.
  • Кульманн, Дж. Х., Электр аппараттарының дизайны, 3-ші басылым; Нью-Йорк: Джон Вили және Сонс, Инк., 512 бет, 1950 ж. <Ескерту, бұл кітапта асқын өткізгіш машиналар қарастырылмаған. Дегенмен, бұл өте өткізгіш машинаны жобалау кезінде қолдануға болатын тамаша дизайн туралы ақпарат береді.>
  • Tubbs, S. P., асқын өткізгішті синхронды / индукциялық моторды жобалау және талдау, ProQuest тікелей толық дерекқоры, басылым № AAT LD03278, 227 бет, 1995. <Әдебиеттерді бағалау, талдау, тәжірибелік нәтижелер және үлкен библиография.>

Сыртқы сілтемелер

  • Американдық суперөткізгіш, айнымалы ток синхронды асқын өткізгіш керамикалық қозғалтқыштар мен генераторлар http://www.amsc.com/
  • General Atomics, тұрақты гомополярлы асқын өткізгіш қозғалтқыш http://atg.ga.com/EM/defense/dc-motor/index.php