Гистерезисные электродвигатели на основе объемных высокотемпературных сверхпроводников

• Автор: Модестов, Кирилл Андреевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

I Состояние разработок в области электрических машин на основе ВТСП

1.1. Основные направления применения высокотемпературных сверхпроводников в

сильноточной электромеханике

1.2. Классификация и общая характеристика сверхпроводниковых электрических машин

1.2.1. Электрические машины с композитными ВТСП проводами на роторе

1.2.2. Электрические машины с композитными ВТСП проводами на статоре

1.2.3. Электромеханические преобразователи с объемными композитными

листовыми элементами

1.3. Конструктивные схемы и характеристика гистерезисных ВТСП двигателей

1.4. Объемные УВСО-элементы, применяемые в гистерезисных ВТСП двигателях

Выводы
II Теоретические методы расчета гистерезисных ВТСП двигателей с
цилиндрическим монодоменным УВСО ротором
2.1. Постановка задачи
2.2. Решение уравнения для векторного потенциала в активной зоне машины
2.2.1. Область воздушного зазора
2.2.2. Область токовой зоны ВТСП-цилиндра
2.2.3. Область ВТСП-цилиндра без токов
2.2.4. Область ферромагнитного сердечника
2.3. Схема замещения, векторная диаграмма и основные энергетические параметры ВТСП ГД
2.4. Приближенный учет влияния статора
2.5. Структура программы и результаты расчета параметров ВТСП ГД
Выводы
III Теоретические методы расчета гистерезисных ВТСП двигателей с
цилиндрическим поликристаллическим УВСО ротором
3.1. Постановка задачи
3.2. Решение уравнения для векторного потенциала в активной зоне машины
3.2.1. Область ферромагнитного сердечника
3.2.2. Область керамического ВТСП-цилиндра

3.2.3. Область воздушного зазора
3.3. Схема замещения, векторная диаграмма и основные энергетические параметры ВТСП ГД
3.4. Приближенный учет влияния статора
3.5. Структура программы и результаты расчета параметров ВТСП ГД
Выводы
IV Теоретические методы расчета торцевых многодисковых ВТСП двигателей.76 Введение
4.1. Постановка задачи
4.2. Решение внутренней электродинамической задачи
4.3. Решение внешней электродинамической задачи
4.4. Основные соотношения для определения выходных параметров ВТСП ГД
1.5. Принципы построения уточненных решений задачи
Выводы
V Экспериментальные исследования гистер езисных ВТСП двигателей с
объемными УВСО элементами
5.1. Криогенно-вакуумное оборудование и стенды для экспериментального исследования ВТСП двигателей
1.2. Экспериментальные исследования ВТСП ГД
1.1.1. Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП двигателей мощностью до 100 Вт
1.1.2. Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП двигателей мощностью 500 - 1000 Вт
1.1.3. Экспериментальные исследования торцевых гистерезисных ВТСП двигателей
1.1.4. Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП двигателей при пониженных температурах
Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Важное место в современных электрических системах занимают гистерезисные электроприводы. Они применяются в робототехнике, в медицинском оборудовании, в ряде систем специального назначения.
Открытие в 1986 году высокотемпературной сверхпроводимости позволило приступить к исследованиям, разработки и созданию электрических машин на ее основе. За прошедшие годы материаловедение, конструкторские разработки, изучение физики сверхпроводников развивались параллельными шагами. Если первые высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) на основе соединений лантана имели температуру второго перехода Ткр2 приблизительно 30 - 40 К, то в настоящее время активно применяются ВТСП с Ткр2 = 80 - 90 К (керамические соединения на основе висмута, иттрия и неодима), получены первые материалы обладающими Ткр2 более 120 ... 130 К (соединения на основе ртути). Настоящая работа посвящена одному из наиболее перспективных классов электрических ВТСП машин — гистерезисным двигателям с роторами на основе объемных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП ГД).
Целью диссертации является создание новых типов гистерезисных электродвигателей с объемными высокотемпературными сверхпроводниковыми элементами.
В ходе выполнения работы были поставлены и решены следующие основные задачи:
- разработка аналитических методов расчета двумерных электромагнитных процессов и выходных характеристик ВТСП ГД с цилиндрическим монодоменным ротором;
- разработка аналитических методов расчета двумерных электромагнитных процессов и выходных характеристик ВТСП ГД с цилиндрическим поликристаллическим ротором;
- разработка аналитических методов расчета электромагнитных процессов и выходных параметров торцевого ВТСП ГД с многодисковым монодоменным ротором;
- проведение численных исследований предельных выходных параметров и расчет магнитных полей ВТСП ГД различных конструкций с охлаждением жидким азотом;
- создание модели ВТСП 1Д и проведение экспериментальных исследований их характеристик, а также сопоставление опытных и расчетных данных.

Последнее позволяет выразить в явном виде характерное значение амплитуды индукции на средней линии зубцовой зоны:
2Д.
В„ = в,:
' Я.+Я,

Явная связь Нп и Вп на средней линии зубцовой зоны:
(48)
(49)
Значение амплитуды напряженности магнитного поля на средней линии спинки статора может быть найдено из соотношения:

и _ Вг6В,
<РС Ка~К РоРф
(50)
по известному значению магнитной индукции В^, определенной ранее из решения двумерной электродинамической задачи.
С учетом сделанных замечаний и после интегрирования (47) поправка записывается как:
4 ,
—17 +
1Ре® В
Я.^а2 +с2
где:

л + Я,
Я.-Я.
4 ,
2 + Т~
Р/2 Р<хр а
(51)
4а2 + с2
Приведенный подход позволяет проводить расчет параметров ВТСП двигателя с учетом магнитной цепи статорных элементов. В частности значения мощности и индуктивных сопротивлений с учетом магнитной цепи статора могут быть выражены в следующем виде:
Я = Ястарое I
х = х.
старое
(52)
(53)
Развитый подход позволяет получить аналитические зависимости максимальных индукций для зубцовой зоны и спинки статора:
Шф^т „ / 2 ,
= Рп ——^ Я^а +с
(54)