Сверхпроводниковый электрогенератор для перспективной системы электроснабжения

• Авторы

  • Габриелян Давид Александрович
  • Семенов Василий Васильевич

• Разработчики

  • Биденко Дмитрий Николаевич
  • Семенов Василий Васильевич

• Адрес

  125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

• Телефон

  +7(495)158-41-67

• Почта

  ctt@mai.ru

Полностью сверхпроводниковые электрические машины обладают высоким значением удельной мощности, недостижимым для классических электрических машин — до 20кВт/кг при выходной мощности более 1 МВт. Благодаря этому, их применение позволяет реализовать принципиально новые типы подвижных объектов, такие как крупные летательные аппараты (более 70 пассажиров) с гибридной и электрической силовой установкой. В целом применение полностью сверхпроводниковых электрических машин актуально в системах электродвижения и электроснабжения большой мощности на подвижных объектах.

На рисунке представлен общий вид макетного образца с указанными основными элементами. Рассматриваемая машина представляет собой синхронную электрическую машину с электромагнитным возбуждением, состоящую из следующих основных элементов:

1) статора с ВТСП ОЯ;
2) ротора с ВТСП ОВ;
3) корпуса с теплоизоляцией;
4) узла подачи тока в ВТСП ОВ;
5) полувалов, подшипниковых щитов, узлов подачи и вывода азота и других необходимых конструктивных элементов.

Конструкция макетного образца машины позволяет выполнить ее с тремя различными конфигурациями магнитной цепи:

– с ферромагнитным ярмом ротора и статора и ферромагнитными полюсами ротора;
– с ферромагнитным ярмом ротора и статора, но с немагнитными полюсами ОВ и ОЯ;
– только с ферромагнитным экраном.

Это дало возможность провести глубокие исследования режимов работы ВТСП обмоток в составе магнитной цепи электрической машины, а также верифицировать разработанные аналитические методики расчета.

ВТСП катушки являются важнейшим элементом разработанного макета, т.к. именно применение СП дает возможность создания электрических машин с высокими значениями удельной мощности. Катушки ротора выполняются в форме рейстреков. Данная форма является традиционной для машин с явно выраженными полюсами. Также при использовании данной формы катушки соблюдаются требования минимального радиуса изгиба ВТСП ленты. Особенностью является то, что катушки выполнены по схеме «двойная галета», что позволяет вывести начало и конец катушки на ее внешнюю сторону. Для ВТСП катушек используются неметаллические каркасы, выполненные с применением технологии 3D печати. Это дало возможность выполнить каркасы и зубцы статора сложной формы с учетом каналов охлаждения.

Принцип работы полностью сверхпроводниковых электрических машин аналогичен принципу работы традиционных электрических машин. Разница заключается в том, что использование ВТСП обмоток позволяет достичь высоких значений токов обмоток и, соответственно, создать сильное магнитное поле возбуждения и токовую нагрузку статора. Благодаря, этому могут быть использованы конструкции без стального магнитопровода, что позволяет снизить массу машины при сохранении ее выходной мощности