Методы расчета электрических машин с массивными высокотемпературными сверхпроводниками

• Автор: Ковалев, Константин Львович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 340 с. : ил.

1 Сверхпроводниковые электрические машины. Состояние разработок и 18 перспективы развития

1.1 Классификация электромеханических преобразователей на

основе СП

1.2 Электрические машины с композитными СП проводами на

роторе

1.3 Электрические машины с СП проводами переменного тока

1.4 Электрические машины с объемными и композитными

листовыми ВТСП элементами

1.5 Высокотемпературные сверхпроводники и температурные

диапазоны их работ

1.6 Системы криостатирования

1.7 Особенности построения математических моделей
электромеханических процессов в ВТСП преобразователях энергии
1.7.1 Общая характеристика теоретических моделей
1.7.2 Феноменологические модели расчета токонесущих 43 элементов на основе ВТСП
1.7.3 Двумерные модели расчета электродинамических 48 процессов и параметров СПЭМ
Выводы по 1 главе
2 Математические модели электромагнитных и гистерезисных 57 процессов в массивных и слоистых композитных ВТСП элементах электрических машин
2.1 Электродинамика массивных монодоменных ВТСП элементов
с высокой токонесущей способностью (£»1)
2.1.1 Локальные электродинамические процессы в 58 массивных ВТСП в полях различной поляризации
2.1.2 Общая постановка задачи расчета магнитных полей в
массивных ВТСП элементах
2.1.3 ВТСП пластина в бегущем и пульсирующем магнитных
полях
2.1.4 ВТСП цилиндр в пульсирующем и вращающемся
магнитных полях
2.1.5 ВТСП сфероид в пульсирующем и вращающемся
магнитных полях
2.1.6 Намагниченность и гистерезисные потери в массивных ВТСП элементах
2.1.7 Влияние зависимости ./(Я) на магнитный момент ВТСП элементов и гистерезисные процессы
2.1.8 Экспериментальные исследования намагниченности сфероидов из монодоменных ВТСП
2.2 Электродинамика массивных поликристаллических ВТСП с низкой токонесущей способностью (£«1)
2.2.1 Среднесферическое приближение
2.2.2 Цилиндры и сфероиды из ВТСП с £«1 в пульсирующих и вращающихся магнитных полях
2.3 Электродинамика слоистых композитных материалов на основе ВТСП и магнитомягких сталей
2.3.1 Феноменологические модели слоистых композитных материалов
2.3.2 Характеристики магнитных свойств ВТСП пластин и ферромагнитных пластин ротора
2.3.3 Композитный слоистый ВТСП цилиндр в однородном внешнем магнитном поле
2.4 Влияние физических свойств объемных и композитных ВТСП элементов на характеристики электрических машин
Выводы по 2 главе
Математические модели и методы расчета электродинамических
процессов в гистерезисных ВТСП двигателях с объемными ВТСП
элементами
3.1 Устройство и принцип действия гистерезисного ВТСП двигателя. Общая характеристика объемных ВТСП элементов двигателя
3.2 Математические модели процессов в цилиндрических гистерезисных двигателях с монодоменными ВТСП элементами с высокой токонесущей способностью (£ >> /)
3.2.1 Принципы построения решений и общая постановка задачи
3.2.2 Аналитические решения и основные соотношения для расчета распределений магнитных полей и выходных характеристик ВТСП двигателей
3.2.3 Анализ параметров ВТСП двигателя с £>>
3.3 Математические модели процессов в цилиндрических гистерезисных двигателях с поликристаллическими ВТСП элементами с низкой токонесущей способностью {£« 1)
3.3.1 Принципы построения решений и общая постановка задачи
3.3.2 Аналитические решения и основные соотношения для расчета распределений магнитных полей и выходных
характеристик ВТСП двигателей
3.3.3 Анализ параметров ВТСП двигателя с £«
3.4 Теоретические методы расчета торцевых гистерезисных ВТСП двигателей с £,»
3.4.1 Общая постановка задачи
3.4.2 Магнитные поля и основные расчетные соотношения для выходных характеристик торцевых ВТСП двигателей
3.5 Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП электродвигателей. Сопоставление теоретических расчетов с опытными данными
3.5.1 Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП двигателей мощностью до 100 Вт
3.5.2 Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП двигателей мощностью 500 - 1000 Вт
3.5.3 Экспериментальные исследования торцевых гистерезисных ВТСП двигателей
3.5.4 Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП двигателей при пониженных температурах
Выводы по 3 главе 4 Математические модели электродинамических процессов в
реактивных ВТСП двигателях
4.1 . Математические модели электродинамических процессов в
активной зоне реактивных ВТСП двигателей с композитным слоистым ротором
4.1.1 Классификация реактивных ВТСП двигателей
4.1.2 Общая постановка двухмерных электродинамических задач
4.1.3 Построение аналитических решений для двигателей с композитным слоистым ротором с поликристаллическими ВТСП пластинами с £, « I
4.1.4 Аналитические решения задачи для ВТСП двигателя с монодоменными ВТСП пластинами с £, » I
4.1.5 Определение индуктивных параметров и энергетических характеристик ВТСП двигателей с композитным ротором
4.1.6 Результаты расчётов параметров ВТСП двигателей с композитным ротором
4.2 Математические модели электродинамических процессов в активной зоне реактивных ВТСП двигателей с объёмными ВТСП элементами на массивном магнитомягком роторе
4.2.1 Конструктивные схемы реактивных двигателей с массивными ВТСП элементами
4.2.2 Общая постановка двухмерных электродинамических

Модели расчета СГГЭМ на основе длинномерных СП композитных проводов. Вопросы расчета НТСП синхронных генераторов достаточно хорошо развиты и изложены в ряде отечественных монографий и книгах. Так, в /19, 20/ приведены подходы к расчету электромагнитных полей и параметров 20 МВ-А СП генератора, разработанного в НИИ ЭМ (г. С.-Петербург). Вопросы расчета статорных обмоток НТСП синхронных генераторов изложены в /81/. Аналитические подходы к расчету синхронных электрических машин без стального магнитопро-вода приведены в /49, 70, 71, 85/. Особенности расчета бортовых СП генераторов и СП машин для транспортных систем даны в /70, 74/. Ряд вопросов расчета на прочность СП обмоток возбуждения синхронных генераторов освещен в /20, 70, 85/. Оценки параметров СП синхронных генераторов со встроенными криокулерами, работающими по циклу Гиффорда-Макмагона изложены в работе /4, 100/.
Для УМ и БМ без ферромагнитопровода разработаны методы расчета электромагнитных полей, электромеханических процессов и основных параметров двигателей и генераторов /70, 74/. Методиками обеспечены следующие направления: распределение магнитной индукции и векторного потенциала в отсутствие и при наличии экрана; распределение плотности тока (в сплошных якорях УМ); силовые электромагнитные взаимодействия и механические напряжения в индукторах; ЭДС якоря и электромагнитный момент; динамические процессы пуска двигателей, в том числе, управляемые по критерию минимума энергии суммарных потерь; критерии самовозбуждения генераторов.
СПЭМ на основе объемных ВТСП и слоистых композитов. Если вопросы теории расчета электродинамических процессов и выходных параметров СПЭМ на основе СП проводов разработаны достаточно полно, то теоретические подходы к расчету электродинамики и параметров новых типов СПЭМ на основе объемных ВТСП и слоистых Bi-Ag композитов в настоящее время практически не сформулированы. На рис. 1.17, 1.18 • представлены классификация и общая структурная схема модели двумерных электродинамических процессов, разработанных автором в данной работе для различных классов ВТСП ЭМ (гистерезисных, реактивных, комбинированных и др.). Указанные модели