超導(dǎo)發(fā)電機(jī)

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)分類

根據(jù)磁通方向，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)可以分為徑向磁通電機(jī)和軸向磁通電機(jī)兩種。現(xiàn)有的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中，徑向磁通電機(jī)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。雖然軸向磁通電機(jī)沒有得到很好的推廣，但其可通過增加轉(zhuǎn)子盤的數(shù)量和定子單位而得進(jìn)一步優(yōu)化，故今后會(huì)越來越多地引起人們的重視。

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)成包括超導(dǎo)勵(lì)磁繞組、支架結(jié)構(gòu)、冷卻回路、低溫恒溫器、電磁屏蔽、電樞繞組、交流定子繞組、機(jī)座鐵心、定子繞組支架、軸承和機(jī)殼。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組使用超導(dǎo)材料的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造。該類發(fā)電機(jī)稱為半超導(dǎo)發(fā)電機(jī)；如果電樞繞組也采用超導(dǎo)體，則稱為全超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。

1、繞組的支撐省去鐵芯后，繞組的支撐問題是值得思考的問題。

2、真空密封

旋轉(zhuǎn)輸液密封裝置是超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件之一。其性能的優(yōu)劣直接影響超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)能否安全可靠地運(yùn)行。為保證勵(lì)磁線圈的深冷狀態(tài)，液氦深冷裝置必須具有絕緣、隔熱、真空密封和較高強(qiáng)度等性能，故真空密封問題是未來應(yīng)關(guān)注的問題。

3、繞組的制造

，可供有效替代的、同時(shí)具備電氣、機(jī)械性能的超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展緩慢，繞組的制造工藝變化也不大。不過，最近已有學(xué)者提出用雙電樞概念來解決超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中存在的問題|。

4、線圈檢測(cè)及保護(hù)

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)基本工作在大功率情況下。大功率應(yīng)用喻示有較多匝數(shù)、大的線圈(尤其是電樞)，在系統(tǒng)中將導(dǎo)致大的阻抗和大量的能量?jī)?chǔ)存。當(dāng)危及線圈時(shí)，應(yīng)有線圈抑制，能量必須快速移除，以阻止形成的熱點(diǎn)。

5、可靠性驗(yàn)證

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)磁負(fù)荷較大(約5T)，但要達(dá)到實(shí)用、大容量，提高臨界送電能力和與常規(guī)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的能力，必須確保安全穩(wěn)定運(yùn)行，故對(duì)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)可靠性的要求較高。如何進(jìn)行可靠性驗(yàn)證是一個(gè)需要思考的問題。

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)是電機(jī)領(lǐng)域的一種新型電機(jī)，具有功率密度大、同步電抗小、效率高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，將成為本世紀(jì)最有潛力、最理想的能源轉(zhuǎn)換裝置。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)之所以具有這些優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)槌瑢?dǎo)發(fā)電機(jī)中包含有超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)磁體能否正常運(yùn)行是決定超導(dǎo)發(fā)電機(jī)成敗的一個(gè)關(guān)鍵因素。

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)可從以下方面改善電力系統(tǒng)：

①能夠極大地降低制造成本及其運(yùn)行成本；

②可以增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性；

③超導(dǎo)發(fā)電機(jī)本身在高電壓下運(yùn)行，故可省去升壓變壓器；

④與常用的交流短距離輸變電進(jìn)行對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn)，將超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)變成直流進(jìn)行輸變電也是有益的。

研究證實(shí)，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)具有以下特性：負(fù)載范圍內(nèi)有較高的效率；體積、質(zhì)量小，有較高的功率密度；噪聲??；使用壽命長；生產(chǎn)成本低；負(fù)序能力較強(qiáng)；可增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性；維護(hù)要求低。

1、工業(yè)應(yīng)用

隨著對(duì)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)研究的不斷深入以及超導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)很可能成為軋鋼、風(fēng)機(jī)、微機(jī)械系統(tǒng)、化工、航天航空、采礦、石油與天然氣精煉以及其他重工業(yè)等領(lǐng)域的理想動(dòng)力。超導(dǎo)電力技術(shù)在超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛應(yīng)用。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用將主要圍繞風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電領(lǐng)域。

2、軍事應(yīng)用

未來，全電艦船上的電源、飛機(jī)上的電驅(qū)動(dòng)電源、主動(dòng)的空運(yùn)驅(qū)逐系統(tǒng)與自保護(hù)系統(tǒng)等都將出現(xiàn)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的身影；艦船及航空器上的激光束武器也將是超導(dǎo)發(fā)電機(jī)大顯身手的地方。

3、在大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)方面的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的質(zhì)量和體積可以減少50%以上(5MW以上的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)質(zhì)量太大)，具有更高的效率，并有可能省去齒輪變速箱，變?yōu)橹彬?qū)系統(tǒng)。，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一個(gè)研究熱點(diǎn)，但近年來，作為能源物資的稀土永磁體的價(jià)格不斷提高，并且成為了國家控制商品。而超導(dǎo)發(fā)電機(jī)在性能上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)，從材料上也不受稀土永磁體的限制，因此，它將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

4、特殊應(yīng)用

隨著涂層超導(dǎo)體價(jià)格的不斷降低，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)也可能作為新的發(fā)電裝置，被用于新一代的火箭系統(tǒng)中，并在無損耗輸電、生物醫(yī)學(xué)、磁懸浮運(yùn)輸和航空航天等領(lǐng)域中大有作為。 2100433B

發(fā)電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩大類。后者又可分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)兩種?，F(xiàn)代發(fā)電站中最常用的是同步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是由直流電流勵(lì)磁,既能提供有功功率，也能提供無功功率,可滿足各種負(fù)載的需要。異步發(fā)電機(jī)由于沒有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但是不能向負(fù)載提供無功功率，而且還需要從所接電網(wǎng)中汲取滯后的磁化電流。因此異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)必須與其他同步電機(jī)并聯(lián)，或者并接相當(dāng)數(shù)量的電容器。這限制了異步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍，只能較多地應(yīng)用于小型自動(dòng)化水電站。城市電車、電解、電化學(xué)等行業(yè)所用的直流電源，在20世紀(jì)50年代以前多采用直流發(fā)電機(jī)。但是直流發(fā)電機(jī)有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)時(shí)，價(jià)格較貴，且易出故障，維護(hù)困難，效率也不如交流發(fā)電機(jī)。故大功率可控整流器問世以來，有利用交流電源經(jīng)半導(dǎo)體整流獲得直流電以取代直流發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)。

同步發(fā)電機(jī)按所用原動(dòng)機(jī)的不同分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)3種。它們結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是除了小型電機(jī)有用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)以外，一般的磁場(chǎng)都是由通直流電的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生，而且勵(lì)磁線圈放在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組放在定子上。因?yàn)閯?lì)磁線圈的電壓較低，功率較小，又只有兩個(gè)出線頭，容易通過滑環(huán)引出；而電樞繞組電壓較高,功率又大，多用三相繞組,有3個(gè)或4個(gè)引出頭，放在定子上比較方便。發(fā)電機(jī)的電樞(定子)鐵心用硅鋼片疊成，以減少鐵耗。轉(zhuǎn)子鐵心由于通過的磁通不變，可以用整體的鋼塊制成。在大型電機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子承受著強(qiáng)大的離心力，制造轉(zhuǎn)子的材料必須選用優(yōu)質(zhì)鋼材