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超导电机

发布时间:2014-12-17

超导电机是指绕组由实用超导线绕制成的电机。

特点

超导在临界温度T、临界磁场强度H及临界电流密度J值以内时具有超导性,其电阻为零。这将使超导电机绕组的电阻损耗降为零,既解决了电枢绕组发热、温升问题,又使电机效率大为提高。更重要的是超导线的临界磁场强度和临界电流密度都很高,使超导电机的气隙磁通密度和绕组的电流密度可比传统常规电机提高数倍乃至数十倍。这就大大提高电机的功率密度,降低电机的重量、体积和材料消耗。1986年以来,高临界温度(液氮温区)超导材料的发现,为超导电机的实用化展现了新的前景。超导电机主要制成汽轮发电机和单极直流电机。

分类

超导汽轮发电机

励磁绕组用超导线(铌钛Nb-Ti合金线或铌三锡Nb3Sn)绕制。选用的电流密度高达传统常规绕组的几十倍。电机的磁通气隙密度取得很高,大大超过了铁磁材料(硅钢片等)的饱和点。因而发电机重量大幅度下降,提高了发电机的电磁功率的最大值,使电机可以应付更大的功率突变,这有利于电机并网运行时的稳定性。目前因强磁场、大电流密度的交流超导材料尚未过关,所以只能在直流励磁绕组中采用超导线,而交流电枢绕组则仍用常规导线(铜线)。转子超导励磁绕组浸于旋转的低温液氦容器中,由多层转轴的内层输送液态氦,以冷却励磁绕组。蒸发后的气态氦从多层转轴的夹层流出。为了避免外界热量的侵入,在旋转低温容器的外壳以及多层转轴的层间均设有真空隔热夹层。整套低温系统严格密封。在转子外层还装有用金属材料制成的电阻尼屏,以屏蔽定子谐波磁场及发电机在三相不对称运行时的负序磁场进入超导励磁绕组,避免超导材料失去超导性。

超导单极直流电机

采用超导励磁绕组及液态电刷,可以制成高电压、大电流、大容量的直流电机。有圆盘式和折入式两种。这两种电机均可作发电机运行(由原动机驱动),也可作电动机运行(由电刷引入电流)。超导单极直流电机适用于船舶推进、轧钢、大型卷扬机和慢速压缩机等场合,很有发展前途。