Аналитическая методика расчета магнитного поля в активной зоне электрических машин со сверхпроводящими обмотками возбуждения и якоря

Электротехника

Электромеханика и электрические аппараты

2018. Т. 25. № 4. С. 189-201.

Авторы

Журавлев С. В. *, Зечихин Б. С. , Иванов Н. С. **, Некрасова Ю. Ю.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: zhuravlev_sv@rambler.ru
**e-mail: n.s.ivanov88@gmail.ru

Аннотация

Создание новых систем с использованием электрических машин осложнено ограниченными возможностями улучшения характеристик традиционных электромеханических преобразователей. В связи с этим российские и зарубежные ученые ведут работы по созданию устройств на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которые, как показывают исследования, смогут обеспечить более высокие значения удельной мощности. В данной статье представлена методика расчета распределения магнитных полей в активной зоне и основных параметров электрической машины с обмотками возбуждения и якоря на основе ВТСП и ферромагнитным ярмом ротора и статора. Соотношения, полученные в работе, имеют общий характер и могут быть использованы при расчете параметров машин различных конструктивных схем. Предложенная методика учитывает критические параметры сверхпроводника, число пар полюсов, влияние высших гармонических, число пазов на полюс и фазу q и может быть распространена на случай кольцевой обмотки якоря. С использованием полученных соотношений выполнен расчет ВТСП-генератора. Результат верифицирован с помощью конечно-элементного моделирования.

Ключевые слова

синхронный генератор, синхронный двигатель, ВТСП, аналитический расчет магнитных полей

Библиографический список

  1. Electric Flight, https://www.siemens.com/press/en/feature/2015/corporate/2015-03-electromotor.php?content[]=Corp

  2. Karmaker H., Sarandria D., Ho M.T., Feng J., Kulkarni D., Rupertus G. High-Power Dense Electric Propulsion Motor // IEEE Transactions on Industry Applications. 2015. Vol. 51. No. 2, pp. 1341-1347. DOI: 10.1109/TIA.2014.2352257

  3. Dezhin D., Ivanov N., Kovalev K., Kobzeva I., Semenihin V. System Approach of Usability of HTS Electrical Machines in Future Electric Aircraft // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. Vol. 28. Issue 4. DOI: 10.1109/TASC.2017.2787180

  4. Zhi Li, Naoki Maki, Tetsuya Ida, Motohiro Miki, Mitsuru Izumi. Comparative Study of 1-MW PM and HTS Synchronous Generators for Marine Current Turbine // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. Vol. 28. Issue 4. DOI: 10.1109/TASC.2018.2810302

  5. Xu Y., Maki N., Izumi M. Overview Study on Electrical Design of Large-Scale Wind Turbine HTS Generators // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. Vol. 28. Issue 5. DOI: 10.1109/TASC.2018.2815918

  6. Kovalev K., Kovalev L., Poltavets V., Samsonovich S., Ilyasov R., Levin A., Surin M. Synchronous Generator with HTS-2G field coils for Windmills with output power 1 MW // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 507. Part 3.

  7. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 256 с.

  8. Иванов Н.С., Кобзева И.Н., Ковалев К.Л., Семенихин В.С. Аналитическая методика расчета полностью сверхпроводниковой электрической машины для летательных аппаратов. // Инновационные технологии в энергетике. Кн. 3. Прикладная высокотемпературная сверхпроводимость. – М.: Наука, 2016. – 142 с.

  9. Журавлев С.В., Зечихин Б.С., Кузьмичев Р.В. Аналитический расчет магнитного поля в активной зоне синхронных машин с постоянными магнитами // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23, № 1. С. 197-209.

  10. Зечихин Б.С. Электрические машины летательных аппаратов. Гармонический анализ активных зон. – М.: Машиностроение, 1983. – 149 с.

  11. Казовский Е.Я., Карцев В.П., Шахтарин В.Н. Сверхпроводящие магнитные системы. – Л.: Наука, 1967. – 323 с.

  12. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. – М.: Наука, 1986. – 544 c.

  13. Бут Д.А. Основы электромеханики. – М.: Изд-во МАИ, 1996. – 467 с.

  14. Qu R., Liu Y., Wang J. Review of Superconducting Generator Topologies for Direct-Drive Wind Turbines // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2013. Vol. 23. No.3. DOI: 10.1109/TASC.2013.2241387

  15. Rezzoug A., Leveque J. and Douine B. Superconducting Machines // Non-Conventional Electrical Machines, John Wiley & Sons, Inc, 2012, pp. 191-255.

  16. Kozub S., Bogdanov I., Dezhin D., Kashtanov E., Kovalev K. HTS racetrack coils for electrical machines // 13th International Institute of Refrigeration Conference on Cryogenics, 2014, pp. 283-287.

  17. Sung H.J., Badcock R.A., Jiang Z., Choi J., Park M., Yu I.K. Design and Heat Load Analysis of a 12 MW HTS Wind Power Generator Module Employing a Brushless HTS Exciter // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2016. Vol. 26. Issue 4. DOI: 10.1109/TASC.2016.2543838

  18. Zhang M., Eastham F., Yuan W. Design and Modeling of 2G HTS Armature Winding for Electric Aircraft Propulsion Applications // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2016. Vol. 26. Issue 3. DOI: 10.1109/TASC.2016.2539548

  19. Fujikura products, http://www.fujikura.co.jp/eng/products/newbusiness/superconductors/01/2052504_12808.html

  20. Ueno E., Kato T., Hayashi K. Race-track coils for a 3 MW HTS ship motor // Physica C: Superconductivity and its Applications. 2014. Vol. 504, pp. 111-114. DOI: 10.1016/j.physc.2014.03.015

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2017