اصل کار موتور HTS. "مرکز ماشین ها و دستگاه های الکتریکی ابررسانا" روسیه

یکی از مسیرهای اصلی توسعه علم، تحقیقات نظری و تجربی در زمینه مواد ابررسانا است و یکی از مسیرهای اصلی توسعه فناوری، توسعه توربو ژنراتورهای ابررسانا است.

تجهیزات الکتریکی ابررسانا به طور چشمگیری بارهای الکتریکی و مغناطیسی را در عناصر دستگاه افزایش می دهد و در نتیجه اندازه آنها را به شدت کاهش می دهد. در یک سیم ابررسانا، چگالی جریان 10 ... 50 برابر بیشتر از چگالی جریان در تجهیزات الکتریکی معمولی مجاز است. میدان های مغناطیسی را می توان به مقادیر مرتبه 10 تسلا در مقایسه با 0.8...1 تسلا در ماشین های معمولی افزایش داد. اگر در نظر بگیریم که ابعاد وسایل الکتریکی با حاصلضرب چگالی جریان مجاز و القای میدان مغناطیسی نسبت معکوس دارد، واضح است که استفاده از ابررساناها باعث کاهش چند برابری اندازه و وزن تجهیزات الکتریکی می شود!

به گفته یکی از طراحان سیستم خنک کننده انواع جدید توربوژنراتورهای برودتی، دانشمند شوروی I.F. فیلیپوف، دلیلی وجود دارد که مشکل ایجاد ژنراتورهای کرایوتوربین اقتصادی با ابررساناها را حل شود. محاسبات و تحقیقات اولیه به ما این امکان را می دهد که امیدوار باشیم نه تنها اندازه و وزن، بلکه کارایی ماشین های جدید نیز بالاتر از پیشرفته ترین ژنراتورهای طراحی سنتی باشد.

این نظر توسط رهبران کار بر روی ایجاد یک توربو ژنراتور ابررسانا جدید سری KTG-1000، Academician I.A. گلبوف، دکترای علوم فنی V.G. نوویتسکی و V.N. شاخترین. ژنراتور KTG-1000 در تابستان 1975 مورد آزمایش قرار گرفت و به دنبال آن مدل توربو ژنراتور برودتی KT-2-2 که توسط انجمن Elektrosila با همکاری دانشمندان موسسه فیزیکو فنی دماهای پایین آکادمی علوم ساخته شد، آزمایش شد. SSR اوکراین نتایج آزمایش شروع ساخت یک واحد ابررسانا با توان بسیار بیشتر را ممکن ساخت.

اجازه دهید برخی از داده ها را در مورد یک توربو ژنراتور ابررسانا 1200 کیلوواتی که در VNIIelektromash توسعه یافته است، ارائه کنیم. سیم پیچ میدان ابررسانا از سیم با قطر 0.7 میلی متر با 37 هسته نیوبیوم تیتانیوم ابررسانا در یک زمینه مسی ساخته شده است. نیروهای گریز از مرکز و الکترودینامیک در سیم پیچ توسط باند فولاد ضد زنگ درک می شوند. بین پوسته فولادی ضد زنگ با دیواره ضخیم بیرونی و باند یک صفحه الکتروترمال مسی وجود دارد که توسط جریان گاز هلیوم سرد که از کانال عبور می کند خنک می شود (سپس به مایع کننده باز می گردد).

بلبرینگ ها در دمای اتاق کار می کنند. سیم پیچ استاتور از هادی های مسی ساخته شده است (خنک کننده آب است) و توسط یک سپر فرومغناطیسی ساخته شده از فولاد چند لایه احاطه شده است. روتور در یک فضای خلاء در داخل پوسته ای از مواد عایق می چرخد. حفظ خلاء در پوسته توسط مهر و موم تضمین می شود.

ژنراتور آزمایشی KTG-1000 زمانی بزرگترین ژنراتور کریوتوربین در جهان از نظر ابعاد بود. هدف از ایجاد آن توسعه طراحی کریواستات های چرخان بزرگ، دستگاه هایی برای تامین هلیوم به سیم پیچ روتور ابررسانا، مطالعه مدار حرارتی، عملکرد سیم پیچ روتور ابررسانا و خنک کننده آن است.

و چشم اندازها به سادگی جذاب هستند. ماشینی با توان 1300 مگاوات طولی در حدود 10 متر و وزن 280 تنی خواهد داشت در حالی که ماشین معمولی با توان مشابه دارای طول 20 متر و وزن 700 تن است! در نهایت، ساخت یک ماشین معمولی با قدرت بیش از 2000 مگاوات دشوار است، اما با استفاده از ابررساناها، در واقع می توان به توان واحد 20000 مگاوات دست یافت!

بنابراین، سود در مواد تقریباً سه چهارم هزینه را تشکیل می دهد. فرآیندهای تولید ساده شده است. برای هر کارخانه ماشین سازی ساده تر و ارزان تر است که چندین ماشین الکتریکی بزرگ بسازد تا تعداد زیادی ماشین کوچک: به کارگران کمتری نیاز است، پارک ماشین و سایر تجهیزات آنقدر سنگین نیستند.

برای نصب یک توربوژنراتور قدرتمند، مساحت نسبتاً کوچکی از نیروگاه مورد نیاز است. این بدان معنی است که هزینه های ساخت ماشین آلات کاهش می یابد و ایستگاه می تواند سریعتر به بهره برداری برسد. و در نهایت، هر چه ماشین الکتریکی بزرگتر باشد، کارایی آن نیز بیشتر است.

با این حال، تمام این مزایا مشکلات فنی را که هنگام ایجاد واحدهای انرژی بزرگ ایجاد می شود، حذف نمی کند. و مهمتر از همه، قدرت آنها را می توان فقط تا حدود خاصی افزایش داد. محاسبات نشان می دهد که نمی توان از حد بالایی محدود شده با توان یک توربوژنراتور 2500 مگاواتی، که روتور آن با فرکانس 3000 دور در دقیقه می چرخد، عبور کرد، زیرا این حد در درجه اول با ویژگی های مقاومت تعیین می شود: تنش های موجود در ساختار مکانیکی یک ماشین با توان بالاتر به حدی افزایش می یابد که نیروهای گریز از مرکز به ناچار باعث تخریب روتور می شوند.

نگرانی های زیادی در حین حمل و نقل ایجاد می شود. برای انتقال همین توربوژنراتور با ظرفیت 1200 مگاوات، لازم بود یک نوار نقاله مفصلی با ظرفیت حمل 500 تن و طول تقریباً 64 متر ساخته شود که هر یک از دو بوژی آن بر روی 16 محور خودرو قرار داشتند.

اگر از اثر ابررسانایی استفاده کنید و از مواد ابررسانا استفاده کنید، بسیاری از موانع ناپدید می شوند. سپس تلفات در سیم پیچ روتور را می توان عملاً به صفر رساند، زیرا جریان مستقیم در آن با مقاومت مواجه نمی شود. و اگر چنین باشد، راندمان دستگاه افزایش می یابد. جریان بالایی که از طریق سیم پیچ تحریک ابررسانا جریان می یابد، چنان میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کند که دیگر نیازی به استفاده از یک هسته مغناطیسی فولادی، سنتی برای هر ماشین الکتریکی نیست. حذف فولاد جرم و اینرسی روتور را کاهش می دهد.

ایجاد ماشین های الکتریکی برودتی یک ادای احترام به مد نیست، بلکه یک ضرورت و نتیجه طبیعی پیشرفت علمی و فناوری است. و دلایل زیادی وجود دارد که باور کنیم تا پایان قرن، توربوژنراتورهای ابررسانا با ظرفیت بیش از 1000 مگاوات در سیستم های قدرت کار خواهند کرد.

اولین ماشین الکتریکی با ابررساناها در اتحاد جماهیر شوروی در مؤسسه الکترومکانیک در لنینگراد در سال 1962 و 1963 طراحی شد. این یک ماشین جریان مستقیم با یک آرمیچر معمولی ("گرم") و یک سیم پیچ تحریک ابررسانا بود. قدرت آن فقط چند وات بود.

از آن زمان، تیم موسسه (اکنون VNIIelektromash) روی ایجاد توربو ژنراتورهای ابررسانا برای بخش انرژی کار می کند. طی سال های گذشته امکان ساخت سازه های آزمایشی با ظرفیت 0.018 و 1 مگاوات و سپس 20 مگاوات ...

ویژگی های این زاده فکر VNIelektromash چیست؟

سیم پیچ میدان ابررسانا در حمام هلیوم قرار دارد. هلیوم مایع از طریق لوله ای که در مرکز شفت توخالی قرار دارد وارد روتور دوار می شود. گاز تبخیر شده از طریق شکاف بین این لوله و دیواره داخلی شفت به واحد متراکم فرستاده می شود.

طراحی خط لوله هلیوم و همچنین خود روتور دارای حفره های خلاء است که عایق حرارتی خوبی ایجاد می کند. گشتاور حاصل از محرک اصلی از طریق "پل های حرارتی" به میدان سیم پیچی می شود - ساختاری که از نظر مکانیکی بسیار قوی است، اما گرما را به خوبی منتقل نمی کند.

در نتیجه، طراحی روتور یک کرایوستات دوار با یک سیم پیچ تحریک ابررسانا است.

استاتور یک توربو ژنراتور ابررسانا، مانند نسخه سنتی، دارای یک سیم پیچ سه فاز است که در آن نیروی الکتروموتور توسط میدان مغناطیسی روتور تحریک می شود. تحقیقات نشان داده است که استفاده از سیم پیچ ابررسانا در استاتور نامناسب است، زیرا تلفات قابل توجهی در ابررساناها در جریان متناوب رخ می دهد. اما طراحی یک استاتور با سیم پیچ "عادی" ویژگی های خاص خود را دارد.

معلوم شد که در اصل می توان سیم پیچ را در شکاف هوا بین استاتور و روتور قرار داد و آن را به روشی جدید با استفاده از رزین های اپوکسی و عناصر ساختاری ساخته شده از فایبرگلاس محکم کرد. این طرح امکان قرار دادن هادی های مسی بیشتری را در استاتور فراهم می کرد.

سیستم خنک کننده استاتور نیز اصلی است: گرما توسط فریون حذف می شود که به طور همزمان به عنوان عایق عمل می کند. در آینده، این گرمای دفع شده را می توان برای اهداف عملی با استفاده از پمپ حرارتی استفاده کرد.

در موتور توربوژنراتور 20 مگاواتی از سیم مسی مستطیلی به ابعاد 5/2×5/3 میلی‌متر استفاده شد. 3600 رگه نیوبیم-تیتانیوم در آن فشرده شده است. چنین سیمی قادر به عبور جریان تا 2200 A است.

آزمایشات ژنراتور جدید داده های محاسبه شده را تایید کرد. معلوم شد که وزن آن نصف ماشین های سنتی با همان قدرت است و بازده آن 1٪ بیشتر است. اکنون این ژنراتور در سیستم لننرگو به عنوان یک جبران کننده سنکرون عمل می کند و تولید می کند.

اما نتیجه اصلی کار تجربه عظیمی است که در فرآیند ایجاد یک توربوژنراتور انباشته شده است. بر اساس آن، انجمن ماشین سازی الکتریکی لنینگراد Elektrosila شروع به ایجاد یک توربو ژنراتور با ظرفیت 300 مگاوات کرد که در یکی از نیروگاه های در حال ساخت کشورمان نصب خواهد شد.

سیم پیچ میدان روتور ابررسانا از سیم نیوبیم-تیتانیوم ساخته شده است. طراحی آن غیرعادی است - نازک ترین هادی های نیوبیوم-تیتانیوم در یک ماتریس مسی فشرده می شوند. این کار به منظور جلوگیری از انتقال سیم پیچ از حالت ابررسانا به حالت عادی در نتیجه قرار گرفتن در معرض نوسانات شار مغناطیسی یا دلایل دیگر انجام شد. اگر این اتفاق بیفتد، جریان از طریق ماتریس مسی جریان می یابد، گرما از بین می رود و حالت ابررسانا بازیابی می شود.

تکنولوژی ساخت روتور خود مستلزم معرفی راه حل های فنی اساساً جدید بود. اگر روتور یک ماشین معمولی از آهنگری جامد از فولاد رسانای مغناطیسی ساخته شده باشد، در این حالت باید از چند سیلندر که از فولاد غیر مغناطیسی ساخته شده اند به یکدیگر وارد شده باشند. بین دیواره های برخی از سیلندرها هلیوم مایع وجود دارد و بین دیواره های برخی دیگر خلاء ایجاد می شود. دیواره های سیلندر به طور طبیعی باید استحکام مکانیکی بالایی داشته و در برابر خلاء مقاوم باشند.

جرم توربوژنراتور جدید، درست مانند جرم نسل قبلی خود، تقریباً 2 برابر کمتر از جرم یک توربوژنراتور معمولی با همان قدرت است و راندمان 0.5 ... 0.7٪ دیگر افزایش می یابد. توربو ژنراتور حدود 30 سال "زندگی" می کند و بیشتر اوقات کار می کند، بنابراین کاملاً بدیهی است که چنین افزایش به ظاهر کوچکی در راندمان سود بسیار قابل توجهی خواهد بود.

کارگران انرژی به چیزی بیش از ژنراتورهای سرد نیاز دارند. چندین ده ترانسفورماتور ابررسانا قبلاً تولید و آزمایش شده است (اولین آنها توسط McPhee آمریکایی در سال 1961 ساخته شد؛ ترانسفورماتور در سطح 15 کیلووات کار می کرد). پروژه های ترانسفورماتورهای ابررسانا با توان تا 1 میلیون کیلووات وجود دارد. در توان های به اندازه کافی بالا، ترانسفورماتورهای ابررسانا 40 ... 50٪ سبک تر از ترانسفورماتورهای معمولی خواهند بود، با تلفات تقریباً مشابه ترانسفورماتورهای معمولی (قدرت مایع کننده نیز در این محاسبات در نظر گرفته شد).

با این حال، ترانسفورماتورهای ابررسانا دارای معایب قابل توجهی نیز هستند. آنها با نیاز به محافظت از ترانسفورماتور در برابر خروج از حالت ابررسانا در هنگام اضافه بار، اتصال کوتاه، گرمای بیش از حد، زمانی که میدان مغناطیسی، جریان یا دما می تواند به مقادیر بحرانی برسد، مرتبط است.

اگر ترانسفورماتور از بین نرود، چندین ساعت طول می کشد تا دوباره خنک شود و ابررسانایی بازیابی شود. در برخی موارد، چنین وقفه ای در منبع تغذیه غیرقابل قبول است. بنابراین، قبل از صحبت در مورد تولید انبوه ترانسفورماتورهای ابررسانا، لازم است اقدامات حفاظتی در برابر شرایط اضطراری و امکان تامین برق مصرف کنندگان در زمان از کار افتادن ترانسفورماتور ابررسانا ایجاد شود. موفقیت های به دست آمده در این زمینه حاکی از آن است که در آینده نزدیک مشکل حفاظت از ترانسفورماتورهای ابررسانا حل خواهد شد و آنها جای خود را در نیروگاه ها خواهند گرفت.

در سال های اخیر، رویای خطوط برق ابررسانا به طور فزاینده ای به واقعیت نزدیک شده است. تقاضای روزافزون برای الکتریسیته، انتقال توان بالا در فواصل طولانی را بسیار جذاب می کند. دانشمندان شوروی به طور قانع کننده ای وعده خطوط انتقال ابررسانا را نشان داده اند. هزینه خطوط قابل مقایسه با هزینه خطوط انتقال برق سربار معمولی خواهد بود (هزینه یک ابررسانا، با در نظر گرفتن ارزش بالای چگالی جریان بحرانی آن در مقایسه با چگالی جریان مقرون به صرفه در سیم های مسی یا آلومینیومی، ناچیز است. ) و کمتر از هزینه خطوط کابلی.

اجرای خطوط انتقال نیروی ابررسانا به شرح زیر پیشنهاد شده است: یک خط لوله با نیتروژن مایع در زمین بین نقاط انتقال نهایی گذاشته شده است. در داخل این خط لوله یک خط لوله با هلیوم مایع وجود دارد. هلیوم و نیتروژن از طریق خطوط لوله به دلیل ایجاد اختلاف فشار بین نقطه مبدا و مقصد جریان می یابد. بنابراین، ایستگاه های پمپاژ مایع سازی تنها در انتهای خط خواهند بود.

از نیتروژن مایع می توان به عنوان دی الکتریک نیز استفاده کرد. خط لوله هلیوم در داخل خط لوله نیتروژن توسط پایه های دی الکتریک پشتیبانی می شود (بیشتر عایق ها خواص دی الکتریک را در دماهای پایین بهبود می بخشند). خط لوله هلیوم عایق خلاء است. سطح داخلی خط لوله هلیوم مایع با لایه ای از ابررسانا پوشانده شده است.

تلفات در چنین خطی، با در نظر گرفتن تلفات اجتناب ناپذیر در انتهای خط، جایی که ابررسانا باید در دمای معمولی به شین ها متصل شود، از چند کسری درصد تجاوز نخواهد کرد و در خطوط برق معمولی تلفات 5...10 برابر بیشتر!

با تلاش دانشمندان موسسه انرژی به نام G.M. موسسه تحقیقات علمی کرژیژانوفسکی و اتحادیه صنعت کابل قبلاً مجموعه ای از بخش های آزمایشی از کابل های AC و DC ابررسانا ایجاد کرده است. چنین خطوطی قادر خواهند بود توان هزاران مگاوات را با راندمان بیش از 99 درصد با هزینه متوسط ​​و ولتاژ نسبتاً پایین (110 ... 220 کیلو ولت) انتقال دهند. شاید مهمتر از آن، خطوط برق ابررسانا نیازی به دستگاه های جبران توان راکتیو گران قیمت نداشته باشند. خطوط معمولی به نصب راکتورهای جریان و خازن های قدرتمند نیاز دارند تا تلفات ولتاژ بیش از حد در طول مسیر را کاهش دهند، اما خطوط ابررسانا قادر به جبران خود هستند!

همچنین معلوم شد که ابررساناها در ماشین های الکتریکی ضروری هستند، که اصل عملکرد آنها بسیار ساده است، اما قبلا هرگز ساخته نشده بودند، زیرا برای کار کردن به آهنرباهای بسیار قوی نیاز دارند. ما در مورد ماشین های مغناطیسی هیدرودینامیکی (MHD) صحبت می کنیم که فارادی در سال 1831 سعی در پیاده سازی آنها داشت.

ایده پشت این تجربه ساده است. دو صفحه فلزی در آب رودخانه تیمز در سواحل مقابل آن غوطه ور بودند. اگر سرعت رودخانه 0.2 متر بر ثانیه باشد، با تشبیه جریان های آب به هادی هایی که از غرب به شرق در میدان مغناطیسی زمین حرکت می کنند (مولفه عمودی آن تقریباً برابر با 5 10-5 T است)، ولتاژی معادل تقریباً 10 μV/m را می توان از الکترودها جدا کرد.

متأسفانه، این آزمایش با شکست به پایان رسید؛ "مولد رودخانه" کار نکرد. فارادی قادر به اندازه گیری جریان در مدار نبود. اما چند سال بعد، لرد کلوین آزمایش فارادی را تکرار کرد و جریان کمی به دست آورد. به نظر می رسد که همه چیز مانند فارادی باقی مانده است: همان بشقاب ها، همان رودخانه، همان سازها. با این تفاوت که مکان کاملاً مناسب نیست. کلوین ژنراتور خود را در پایین‌تر از رودخانه تیمز ساخت، جایی که آب آن با آب نمک تنگه مخلوط می‌شود.

راه حل اینجاست! آب پایین دست شورتر بود و بنابراین رساناتر بود! این بلافاصله توسط ابزار ضبط شد. افزایش رسانایی "سیال کار" روش کلی برای افزایش قدرت ژنراتورهای MHD است. اما می توانید قدرت را به روش دیگری افزایش دهید - با افزایش میدان مغناطیسی. توان ژنراتور MHD با مجذور شدت میدان مغناطیسی نسبت مستقیم دارد.

رویاهای مربوط به ژنراتورهای MHD در اواسط قرن ما، همراه با ظهور اولین دسته از مواد صنعتی ابررسانا (نیوبیم-تیتانیوم، نیوبیم-زیرکونیوم) پایه و اساس واقعی پیدا کرد، که از آن می توان اولین، هنوز کوچک، اما مدل های کار ژنراتور، موتور، هادی، شیر برقی. و در سال 1962، در سمپوزیومی در نیوکاسل، انگلیسی‌ها ویلسون و رابرت پروژه‌ای را برای یک ژنراتور 20 مگاواتی MHD با میدان 4 تسلا پیشنهاد کردند. اگر سیم پیچ از سیم مسی ساخته شده است، پس با هزینه 0.6 میلی متر / USD. تلفات ژول در آن، توان مفید (15 مگاوات!) را "می خورد". اما با ابررساناها، سیم پیچ به طور فشرده با محفظه کار مناسب می شود، هیچ تلفاتی در آن وجود نخواهد داشت و تنها 100 کیلو وات قدرت برای خنک سازی مورد نیاز است. راندمان از 25 به 99.5 درصد افزایش می یابد! اینجا چیزهای زیادی برای فکر کردن وجود دارد.

ژنراتورهای MHD در بسیاری از کشورها جدی گرفته شده اند، زیرا در چنین ماشین هایی می توان از پلاسما 8 ... 10 برابر گرمتر از بخار در توربین های نیروگاه های حرارتی استفاده کرد و در عین حال طبق فرمول معروف کارنو. ، راندمان دیگر 40 نخواهد بود، بلکه همه 60٪ خواهد بود. به همین دلیل در سال های آینده اولین ژنراتور صنعتی MHD با ظرفیت 500 مگاوات در حوالی ریازان آغاز به کار خواهد کرد.

البته، ایجاد و استفاده اقتصادی از چنین ایستگاهی آسان نیست: قرار دادن یک جریان پلاسما (2500 K) و یک کرایوستات با سیم پیچی در هلیوم مایع (4...5 K) در نزدیکی آن آسان نیست؛ الکترودهای داغ. می سوزند و سرباره می شوند؛ افزودنی هایی که فقط برای یونیزه کردن پلاسما به سوخت اضافه می شوند، اما مزایای مورد انتظار باید تمام هزینه های نیروی کار را توجیه کند.

می توانید تصور کنید که سیستم مغناطیسی ابررسانا یک ژنراتور MHD چگونه به نظر می رسد. دو سیم پیچ ابررسانا در طرفین کانال پلاسما قرار دارند که با عایق حرارتی چند لایه از سیم پیچ ها جدا می شوند. سیم پیچ ها در کاست های تیتانیوم ثابت می شوند و فاصله های تیتانیوم بین آنها قرار می گیرد. به هر حال، این کاست ها و اسپیسرها باید بسیار قوی باشند، زیرا نیروهای الکترودینامیکی در سیم پیچ های حامل جریان تمایل دارند که آنها را از هم جدا کرده و به سمت یکدیگر جذب کنند.

از آنجایی که هیچ گرمایی در سیم‌پیچ ابررسانا ایجاد نمی‌شود، یخچال مورد نیاز برای کارکرد سیستم مغناطیسی ابررسانا باید تنها گرمایی را که از طریق عایق حرارتی و سیم‌های جریان به کرایوستات هلیوم مایع وارد می‌شود، حذف کند. تلفات در سیم‌های جریان را می‌توان با استفاده از سیم‌پیچ‌های ابررسانا اتصال کوتاه که توسط یک ترانسفورماتور DC ابررسانا تغذیه می‌شوند، تقریباً به صفر کاهش داد.

مایع‌ساز هلیوم که از دست دادن تبخیر هلیوم از طریق عایق را جبران می‌کند، طبق محاسبات باید چندین ده لیتر هلیوم مایع در ساعت تولید کند.اینگونه مایع‌کننده‌ها توسط صنعت تولید می‌شوند.

بدون سیم پیچ های ابررسانا، توکامک های بزرگ غیر واقعی خواهند بود. به عنوان مثال در نصب Tokamak-7، سیم پیچی به وزن 12 تن حول جریان 4.5 کیلو آمپر جریان دارد و میدان مغناطیسی 2.4 تسلا را روی محور یک چنبره پلاسما با حجم 6 متر مکعب ایجاد می کند. این میدان توسط 48 سیم پیچ ابررسانا ایجاد می شود که تنها 150 لیتر هلیوم مایع در ساعت مصرف می کند که مایع سازی مجدد آن به توان 300 ... 400 کیلو وات نیاز دارد.

بخش بزرگ انرژی نه تنها به آهنرباهای الکتریکی مقرون به صرفه، فشرده و قدرتمند نیاز دارد، بلکه برای دانشمندانی که با میدان‌های فوق‌العاده قوی کار می‌کنند، کار بدون آنها دشوار است. تاسیسات برای جداسازی مغناطیسی ایزوتوپ ها در حال تبدیل شدن به مرتبه ای از قدر سازنده تر هستند. پروژه‌های شتاب‌دهنده‌های بزرگ بدون مغناطیس‌های الکتریکی ابررسانا دیگر مورد توجه قرار نمی‌گیرند. بدون ابررساناها در محفظه های حباب، که به آشکارسازهای بسیار قابل اعتماد و حساس ذرات بنیادی تبدیل می شوند، کاملاً غیرممکن است. بنابراین، یکی از رکوردهای بزرگ سیستم های مغناطیسی در ابررساناها (آزمایشگاه ملی آرگون، ایالات متحده آمریکا) میدانی به بزرگی 1.8 تسلا با انرژی ذخیره شده 80 مگا ژول ایجاد می کند. یک سیم پیچ غول پیکر به وزن 45 تن (که 400 کیلوگرم آن به ابررسانا می رسد) با قطر داخلی 4.8 متر، قطر خارجی 5.3 متر و ارتفاع 3 متر تنها به 500 کیلو وات برای خنک سازی تا 4.2 K نیاز دارد - قدرت ناچیز.

حتی چشمگیرتر، آهنربای ابررسانای اتاقک حباب در مرکز تحقیقات هسته ای اروپا در ژنو است. دارای مشخصات زیر است: میدان مغناطیسی در مرکز تا 3 تسلا، قطر داخلی "کویل" 4.7 متر، انرژی ذخیره شده 800 مگا ژول.

در پایان سال 1977، یکی از بزرگترین آهنرباهای ابررسانا جهان، هایپرون، در مؤسسه فیزیک نظری و تجربی (ITEP) به بهره برداری رسید. مساحت کار آن 1 متر قطر دارد، میدان در مرکز سیستم 5 تسلا (!) است. آهنربای منحصربه‌فرد برای انجام آزمایش‌ها در سنکروترون پروتون IHEP در سرپوخوف در نظر گرفته شده است.

با درک این ارقام چشمگیر، به نوعی ناخوشایند است که بگوییم توسعه فنی ابررسانایی تازه شروع شده است. به عنوان مثال، می توان پارامترهای بحرانی ابررساناها را به یاد آورد. اگر دما، فشار، جریان، میدان مغناطیسی از مقادیر محدودی که بحرانی نامیده می شود تجاوز کند، ابررسانا خواص غیرعادی خود را از دست داده و به یک ماده معمولی تبدیل می شود.

استفاده از انتقال فاز برای کنترل شرایط خارجی کاملاً طبیعی است. اگر ابررسانایی وجود داشته باشد، میدان کمتر از بحرانی است؛ اگر مقاومت سنسور بازیابی شده باشد، میدان بالاتر از بحرانی است. مجموعه ای از طیف گسترده ای از مترهای ابررسانا قبلاً توسعه یافته است: یک بولومتر در یک ماهواره می تواند یک مسابقه روشن را روی زمین "احساس" کند، گالوانومترها چندین هزار برابر حساس تر می شوند. در تشدید کننده‌های با کیفیت فوق‌العاده، به نظر می‌رسد نوسانات میدان الکترومغناطیسی حفظ می‌شوند، زیرا آنها برای مدت بسیار طولانی مرطوب نمی‌شوند.

اکنون زمان آن است که نگاهی به کل بخش الکتریکی بخش انرژی بیندازیم تا بفهمیم چگونه پراکندگی ادوات ابررسانا می تواند یک اثر اقتصادی کل ملی را به همراه داشته باشد. ابررساناها می توانند توان واحد واحدهای تولید برق را افزایش دهند، انرژی ولتاژ بالا می تواند به تدریج به انرژی چند آمپر تبدیل شود، به جای تبدیل چهار تا شش برابر ولتاژ بین نیروگاه و مصرف کننده، صحبت در مورد یک یا دو مورد واقع بینانه است. تغییرات با ساده سازی متناظر و کاهش هزینه مدار، بازده کلی شبکه های الکتریکی ناگزیر به دلیل تلفات ژول افزایش می یابد. اما این همه ماجرا نیست.

هنگامی که سیستم‌های الکتریکی از دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی القایی ابررسانا (SPIN) استفاده می‌کنند، ناگزیر ظاهر متفاوتی به خود می‌گیرند! واقعیت این است که از بین همه صنایع، تنها بخش انرژی فاقد انبار است: جایی برای ذخیره گرما و برق تولید شده وجود ندارد؛ آنها باید بلافاصله مصرف شوند. امیدهای خاصی با ابررساناها مرتبط است. به دلیل عدم وجود مقاومت الکتریکی در آنها، جریان می تواند از طریق یک مدار ابررسانای بسته برای مدت نامحدودی بدون تضعیف در گردش باشد تا زمانی که مصرف کننده آن را خارج کند. SPIN ها به عناصر طبیعی شبکه الکتریکی تبدیل خواهند شد؛ آنها فقط باید به تنظیم کننده ها، سوئیچ ها یا مبدل های جریان یا فرکانس مجهز شوند که با منابع و مصرف کنندگان برق ترکیب شوند.

شدت انرژی SPIN ها می تواند بسیار متفاوت باشد - از 10-5 (انرژی کیفی که از دست شما افتاد) تا 1 کیلووات ساعت (یک بلوک 10 تنی که از یک صخره 40 متری سقوط کرده است) یا 10 میلیون کیلووات ساعت! چنین درایو قدرتمندی باید به اندازه یک تردمیل در اطراف زمین فوتبال باشد، قیمت آن 500 میلیون دلار و بازده آن 95٪ باشد. یک نیروگاه ذخیره سازی پمپی معادل 20 درصد ارزان تر خواهد بود، اما یک سوم توان خود را صرف نیازهای خود می کند! تفکیک هزینه چنین SPIN بر اساس جزء آموزنده است: برای یخچال و فریزر 2...4٪، برای مبدل های جریان 10٪، برای سیم پیچ ابررسانا 15...20٪، برای عایق حرارتی منطقه سرد 25٪، و برای بانداژها، بست ها و اسپیسرها - تقریباً 50٪.

از آنجایی که گزارش G.M. کرژیژانوفسکی، طبق طرح GOELRO در هشتم کنگره سراسری روسیه، بیش از نیم قرن گذشته است. اجرای این طرح باعث شد تا ظرفیت نیروگاه های کشور از 1 به 200...300 میلیون کیلووات افزایش یابد. اکنون فرصتی اساسی برای تقویت چندین ده بار سیستم‌های انرژی کشور با انتقال آنها به تجهیزات الکتریکی ابررسانا و ساده‌سازی اصول ساخت چنین سیستم‌هایی وجود دارد.

اساس انرژی در آغاز قرن بیست و یکم می تواند ایستگاه های هسته ای و گرما هسته ای با ژنراتورهای الکتریکی بسیار قدرتمند باشد. میدان‌های الکتریکی تولید شده توسط مغناطیس‌های الکترومغناطیس ابررسانا می‌توانند مانند رودخانه‌های قدرتمند در امتداد خطوط برق ابررسانا به دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی ابررسانا جریان پیدا کنند و در صورت نیاز مصرف‌کنندگان از آنجا دریافت کنند. نیروگاه ها قادر خواهند بود به طور یکنواخت برق در روز و شب تولید کنند و رهایی آنها از حالت های برنامه ریزی شده باعث افزایش راندمان و عمر مفید واحدهای اصلی می شود.

ایستگاه های خورشیدی فضایی را می توان به نیروگاه های زمینی اضافه کرد. آنها با شناور شدن بر روی نقاط ثابت روی سیاره، باید پرتوهای خورشید را به تابش الکترومغناطیسی موج کوتاه تبدیل کنند تا جریان های متمرکز انرژی را به مبدل های زمینی به جریان های صنعتی ارسال کنند. تمام تجهیزات الکتریکی سیستم های الکتریکی فضای زمین باید ابررسانا باشند، در غیر این صورت تلفات هادی های هدایت الکتریکی محدود ظاهراً غیرقابل قبول خواهد بود.

ولادیمیر کارتسف "مگنت برای سه هزار سال"

این موضوع جالبی است که American Superconductor در حال حاضر روی آن کار می کند. در سال 2003، این شرکت یک موتور الکتریکی آزمایشی 5 مگاواتی را با استفاده از ابررساناهای با دمای بالا (به اصطلاح موتور HTS، سنکرون، جریان متناوب) ساخت و آزمایش کرد. اما اکنون با همکاری Northrop Grumman یک موتور هیولا واقعی برای نیروی دریایی آمریکا ساخته است.

موتور 36.5 HTS دارای قدرت شفت 36.5 مگاوات (49 هزار اسب بخار) است که در 120 دور در دقیقه توسعه یافته است (شما می توانید گشتاور هیولایی مربوطه را خودتان محاسبه کنید).

سیم پیچ روتور در اینجا از ابررساناهای BSCCO و Bi-2223 (یک اکسید پیچیده مبتنی بر بیسموت) استفاده می کند که در دمای 35-40 درجه کلوین کار می کنند. آنها توسط گاز هلیوم خنک می شوند که از طریق یک محور توخالی به روتور دستگاه می رسد.

سیم پیچ استاتور این موتور ابررسانا نیست - از مس ساخته شده و خنک کننده مایع ساده ای دارد. با این حال، با سیم پیچ موتورهای الکتریکی معمولی نیز متفاوت است. به عنوان مثال، هیچ هسته آهنی معمولی در داخل آن وجود ندارد. میدان فوق العاده قدرتمند روتور در حال حاضر کاملاً استاتور را "اشباع" می کند ، که اتفاقاً بخش بسیار کمی از کل جریان مصرف شده توسط این غول از طریق آن عبور می کند.

موتور HTS به طور خاص برای نسل بعدی کشتی های جنگی آمریکایی طراحی شده است که برای آن یک سیستم محرکه تمام الکتریکی در نظر گرفته شده است.

راندمان موتور HTS در قدرت کامل بیش از 97٪ است و در یک سوم بار به 99٪ نزدیک می شود.

توجه داشته باشید که موتورهای الکتریکی معمولی برخی از انواع نیز می توانند بازدهی در حدود 95-97٪ را نشان دهند. تفاوت در چیست؟ واقعیت این است که آنها در کل محدوده سرعت و بار چنین راندمان بالایی تولید نمی کنند و در بسیاری از حالت های رانندگی به مقادیر بازدهی متوسط ​​​​تر می رسند - تقریباً 85-88٪.

یک موتور ابررسانا چنین راندمان مناسبی را از 5 درصد حداکثر سرعت و تا حداکثر سرعت خود (و در نتیجه سرعت کشتی) نشان می دهد.

بنابراین، در بارهای کم، موتور HTS که پروانه کشتی را به حرکت در می آورد، بیش از 10 درصد سوخت سوخته شده در ژنراتورهای توربین گازی یا ژنراتورهای دیزلی یا 10 درصد از انرژی الکتریکی مصرف شده از شبکه کشتی را در صورت داشتن کشتی هسته ای ذخیره می کند. نیروگاه. اجازه دهید اضافه کنیم که راندمان موتور HTS که در بالا ذکر شد، هزینه های انرژی را برای عملکرد سیستم خنک کننده برودتی در نظر می گیرد.

این در حالی است که American Superconductor مزیت اصلی موتورهای الکتریکی دریایی خود را حتی مقرون به صرفه بودن نمی داند، بلکه اندازه و وزن آن را کوچک می داند. مدل 36.5 مگاواتی 69 تن وزن و 3.4 متر ضخامت، 4.6 متر عرض و 4.1 متر ارتفاع دارد. یک موتور الکتریکی سنتی "مس" با پارامترهای خروجی یکسان، جرمی در حدود 200-300 تن دارد و ابعاد آن تقریباً دو برابر بزرگتر است.

برای یک کشتی با اندازه متوسط، این تفاوت یک چیز کوچک نیست. با کاهش حجم موتورخانه، می توانید حجم اضافی را برای بار، مسافر یا مهمات (اگر در مورد کشتی جنگی صحبت می کنیم) اختصاص دهید. و صرفه جویی در وزن 130-230 تن می تواند برای چیز مفیدی استفاده شود.

علاوه بر این، موتور HTS بسیار کم صداتر از یک موتور الکتریکی معمولی با همان قدرت است. بنابراین، به گفته این شرکت، نسخه 25 مگاواتی 60 تنی موتور HTS در سرعت کامل با نیرویی معادل 48 دسی بل نویز دارد - سایر رایانه های رومیزی بلندتر هستند.

مقایسه یک موتور الکتریکی 36.5 مگاواتی معمولی (سمت چپ) و یک موتور از نوع HTS با همان قدرت. سازندگان دومی ادعا می کنند که علاوه بر بسیاری از مزایای دیگر، یک موتور الکتریکی ابررسانا با چنین قدرتی نیز ارزان تر از یک موتور کلاسیک است و قابلیت نگهداری بهتری دارد (تصویر از Superconductor آمریکایی).

بعدش چی؟ اخیرا ابررساناهای جدیدی با خواص شگفت انگیزتر کشف شده اند. به عنوان مثال، یک ترکیب پیچیده مبتنی بر جیوه، که دمای انتقال به حالت ابررسانا 134 درجه کلوین (منهای 139 سانتیگراد) دارد.

پروفسور پل چو از دانشگاه هیوستون، نویسنده این اکتشاف، گفت: "وقتی به این ماده فشار وارد کردیم، دمای انتقال را به 164 کلوین (منهای 109 درجه سانتیگراد) رساندیم - این یک رکورد است. متذکر شدیم که چو اولین کسی بود که موادی را پیدا کرد که از نوار دمای انتقال ۷۷ کلوین (نقطه جوش نیتروژن در فشار اتمسفر) عبور کردند. او ترکیباتی را کشف کرد که در 93 کلوین به ابررسانا تبدیل شدند. و اکنون رقم چشمگیر 164 را می بینیم ...

اگرچه استفاده عملی از ترکیب جیوه هنوز بسیار دور است، اما این کشف هنوز امیدوار است. شاید آنها به زودی یک ابررسانای راحت تر و پیشرفته تر ایجاد کنند؟

دانشمندان دنیس نیونز و چانگ تسوئی از IBM که کار خود را در مورد مکانیسم ابررسانایی در دمای بالا در مجله Nature Physics منتشر کردند، می‌گویند: «ما هیچ محدودیت اساسی نمی‌بینیم.

تا همین اواخر، استفاده عملی به دلیل دمای پایین عملیاتی آنها - کمتر از 20K بسیار محدود بود. کشف در سال 1986 ابر رساناهای با دمای بالا که دمای بحرانی دارند

تغییر کرد

وضعیت،

ساده کردن طیف وسیعی از مسائل خنک کننده (دمای عملکرد سیم پیچ ها "افزایش یافته است" ، آنها نسبت به اختلالات حرارتی کمتر حساس شده اند). اکنون فرصت هایی وجود دارد

ایجاد

نسل ها

تجهیزات الکتریکی،

استفاده کنید

دمای پایین

ابررساناها

معلوم شد

فوق العاده خواهد بود

گران،

بی سود

نیمه دوم دهه 90 قرن گذشته آغاز یک گسترده است

توهین آمیز

درجه حرارت بالا

ابررسانایی برای صنعت برق درجه حرارت بالا

ابررساناها

استفاده کنید

تولید

مبدل ها،

برقی

القائی

درایوها

نامحدود

ذخیره سازی)، محدود کننده های جریان و غیره در مقایسه با نصب شده

مشخص می شود

کاهش

تلفات

و ابعاد و افزایش راندمان در تولید، انتقال و توزیع برق را فراهم می کند. بنابراین، ترانسفورماتورهای ابررسانا خواهند داشت

تلفات،

نسبت به ترانسفورماتورهای هم قدرت با سیم پیچ های معمولی. علاوه بر این، ترانسفورماتورهای ابررسانا

قادر است

حد

اضافه بار،

نیازی به روغن معدنی ندارند، به این معنی که آنها سازگار با محیط زیست هستند و در معرض خطر آتش سوزی نیستند. محدود کننده های ابررسانا

موقت

ویژگی ها، یعنی اینرسی کمتر. گنجاندن ژنراتورهای ابررسانا و وسایل ذخیره انرژی در شبکه الکتریکی، پایداری آن را بهبود می بخشد. ظرفیت حمل فعلی

زیرزمینی

ابررسانا

می تواند 2-5 برابر بیشتر از معمولی باشد. کابل‌های ابررسانا بسیار فشرده‌تر هستند، به این معنی که نصب آن‌ها در زیرساخت‌های متراکم شهری/حومه‌ای به طور قابل‌توجهی آسان‌تر است.

نشان دهنده

فنی و اقتصادی

محاسبات کره جنوبی

کارگران انرژی،

انجام شد

بلند مدت

برنامه ریزی

برقی

شبکه های منطقه سئول نتایج آنها نشان می دهد که تخمگذار در 154 کیلو ولت، 1 گیگاوات ابررسانا است

کابل ها

هزینه خواهد داشت

از حد معمول

روشن کن

طراحی و نصب کابل ها و مجراها (با در نظر گرفتن کاهش تعداد رزوه های مورد نیاز و بر این اساس کاهش تعداد کل کابل ها در هر کیلومتر و کاهش قطر داخلی کانال ها). متخصصان اروپایی هنگام مطالعه موضوعات مشابه به این نکته توجه دارند که با توجه به ابررسانا

بسیار

ولتاژ.

در نتیجه آلودگی الکترومغناطیسی محیط زیست کاهش خواهد یافت

پرجمعیت

خطوط ولتاژ فوق العاده بالا را رها کنید که تخمگذار آنها

ملاقات می کند

جدی

مقاومت مردم، به ویژه از سوی سبزها. ارزیابی انجام شده در ایالات متحده نیز دلگرم کننده است: اجرا

ابررسانا

تجهیزات

در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و موتورها) و کابل های بخش انرژی ملی تا 3 درصد کل برق را ذخیره می کند. در عین حال، گسترده است

آخرین

تاکید شد که تلاش اصلی توسعه دهندگان باید بر روی موارد زیر متمرکز شود: 1) افزایش کارایی سیستم های سرمایشی. 2) افزایش ظرفیت حمل جریان

ابررسانا

سیم ها

تلفات دینامیکی و افزایش سهم ابررسانا بر سطح مقطع سیم)؛ 3) کاهش هزینه سیم های ابررسانا (به ویژه به دلیل افزایش بهره وری).

4) کاهش هزینه تجهیزات برودتی. توجه داشته باشید که بالاترین چگالی جریان بحرانی مهندسی که تا به امروز (جریان بحرانی تقسیم بر سطح مقطع کل) یک قطعه دویست متری نوار مبتنی بر Bi-2223 به دست آمده است 14-16 kA/cm2 در دمای 77 کلوین تجاری سازی برنامه ریزی شده در کشورهای توسعه یافته در حال انجام است

فن آوری ها

ابررساناهای درجه حرارت بالا برنامه آمریکایی "ابررسانایی برای صنعت برق 1996-2000" از این منظر نشان دهنده است. طبق این برنامه،

شمول

ابررسانا

جزء

تجهیزات الکتریکی استراتژیک جهانی را ارائه خواهند کرد

مزیت - فایده - سود - منفعت

صنعت

قرن XXI در عین حال، باید در نظر داشت که بر اساس برآوردهای بانک جهانی، طی دوره 20 ساله آینده (یعنی تا سال 2020)، افزایش 100 برابری در فروش مواد ابررسانا پیش بینی می شود.

تجهیزات

قدرت الکتریکی

دستگاه ها

افزایش خواهد یافت

32 میلیارد دلار (کل

ابررساناها،

شامل

برنامه های کاربردی مانند حمل و نقل، پزشکی، الکترونیک و علم به 122 میلیارد دلار خواهد رسید.

توجه داشته باشید که روسیه، همراه با ایالات متحده آمریکا و ژاپن، رهبری را حفظ کردند

توسعه

ابررسانا

فن آوری ها تا اوایل دهه 90 قرن بیستم. از سوی دیگر، منافع

صنعتی و فنی

امنیت روسیه بدون شک مستلزم استفاده جدی از آنها در صنعت برق و سایر صنایع است. پیشرفت فناوری ابررسانا و "ترویج" آن در بازار جهانی برق به شدت است

نتایج

تظاهرات

کار موفق نمونه های اولیه در اندازه کامل برای همه انواع محصولات. چه هستند

دستاوردها

جهان

جوامع

در این راستا؟ در ژاپن، تحت حمایت وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت، دراز مدت

برنامه

مناطق توسعه

تجهیزات HTSC،

اول از همه، کابل های برق.

این پروژه به دو فاز تقسیم می شود: فاز 1 (2001-2004) و فاز 2 (2005-2009).

هماهنگ کننده ها

هستند

سازمان

توسعه فن آوری های جدید در انرژی و صنعت (NEDO) و انجمن تحقیقاتی تجهیزات و مواد ابررسانا (Super-GM). که در

گرفتار

KEPCO، Furukawa، Sumitomo، Fujikura، Hitachi و غیره (کابل های HTS)؛ KEPCO، Sumitomo، Toshiba و غیره (محدود کننده های جریان HTSC)؛ TEPCO، KEPCO، فوجی الکتریک و غیره (آهنربای HTSC). در زمینه کابل، کار بر روی توسعه متمرکز خواهد شد

هادی HTSC

تلفات پویا

خنک کننده

توانا

بلند مدت

حمایت کردن

درجه حرارت

کابل (حدود 77K) به طول 500 متر طبق برنامه فاز 1 با تولید یک کابل ده متری با ولتاژ 66-77 کیلوولت (3 کیلو آمپر) به پایان می رسد که تلفات دینامیکی آن بیش از 1 وات بر متر نیست و فاز 2 با تولید یک کابل پانصد متری در 66-77 کیلوولت (5 کیلو آمپر) با همین تلفات به پایان می رسد. آثار

طراحی کار شده است

ساخته

تست شده

در بخش های اول، سیستم خنک کننده ایجاد و آزمایش شد.

موازی،

Furukawa، Sumitomo در حال پیگیری پروژه دیگری برای توسعه برق هستند

توکیو

ابررسانا این پروژه امکان نصب زیرزمینی کابل HTS 66 کیلو ولت (سه فاز) با قطر 130 میلی متر (که می تواند در مجراهای با قطر 150 میلی متر موجود نصب شود) به جای کابل تک فاز معمولی 275 کیلوولت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. معلوم شد که حتی در مورد ساخت و ساز جدید

مجاری،

خط ابررسانا 20% کمتر خواهد بود (بر اساس قیمت یک سیم ابررسانا 40 دلار در هر 1 کیلو آمپر متر). مراحل پروژه به صورت متوالی انجام می شود: تا سال 1997، سی متر

(تک فاز)

نمونه اولیه

با چرخه خنک کننده بسته تحت بار 40 کیلوولت بر 1 کیلو آمپر به مدت 100 ساعت آزمایش شد. تا بهار سال 2000، 100 متر کابل 66 کیلوولت (1 کیلو آمپر) / 114 MVA تولید شد - یک نمونه اولیه با اندازه کامل با قطر 130 میلی متر (طراحی با دی الکتریک "سرد"). ایالات متحده در حال نشان دادن رویکردی در مقیاس بزرگ برای این مشکل است. در سال 1989، به ابتکار EPRI، مطالعه دقیقی در مورد استفاده از ابررساناهای با دمای بالا آغاز شد و در سال بعد پیرلی

شرکت ابررسانا فناوری تولید ابررسانا را توسعه داد

"پودر

لوله").

متعاقباً، ابررسانای آمریکایی به طور مداوم افزایش یافت

تولید

قدرت،

با دستیابی به رقم 100 کیلومتر نوار در سال و در آینده نزدیک با راه اندازی کارخانه جدید در دیونز (مینسوتا) این رقم به 10000 کیلومتر در سال خواهد رسید. قیمت پیش بینی شده نوار 50 دلار به ازای هر 1 کیلو آمپر متر خواهد بود (این شرکت در حال حاضر نوار را با قیمت 200 دلار در هر 1 کیلو آمپر متر ارائه می دهد). بعد

مهم ترین

ظاهر

به اصطلاح ابتکار مشارکت ابررسانایی (SPI)

شتاب گرفت

توسعه

پیاده سازی

سیستم های الکتریکی صرفه جویی در انرژی به صورت عمودی یکپارچه شده است

دستورات SPI

شامل

شرکا از

صنعت،

ملی

آزمایشگاه ها

و عملیاتی است

شرکت ها،

انجام شد

دو پروژه جدی یکی از آنها یک نمونه اولیه در اندازه کامل است - یک خط سه فاز ابررسانا (Pirelli Cavi e Sistemi,

گره خورده است

ولتاژ پایین

ترانسفورماتور 124 کیلوولت/24 کیلوولت (قدرت 100 مگاولت آمپر) با شین های 24 کیلوولت دو پست توزیع واقع در فاصله 120 متری (ایستگاه فریزبی دیترویت ادیسون، دیترویت).

خط با موفقیت آزمایش شد

برق با عبور از کابل های ابررسانا مبتنی بر Bi-Sr-Ca-Cu-O به مصرف کنندگان می رسید. سه تا از اینها

(طرح

"گرم"

دی الکتریک، و هر هادی از یک طول ساخته شده بود

جایگزین شده است

با همان

حامل جریان

توانایی ها

کابل برای 2400 آمپر (تلفات 1 وات بر متر در هر فاز) طراحی شده و در کانال های زیرزمینی صد میلی متری موجود گذاشته شده است. در عین حال، مسیر تخمگذار دارای پیچ های 90 درجه است: کابل اجازه خم شدن با شعاع 0.94 متر را می دهد. تأکید می کنیم که این اولین تجربه در تخمگذار ابررسانا است.

جاری

شبکه توزیع، در بخش انرژی یک شهر بزرگ. دومین

سی متر

ابررسانا

در 12.4 kV/1.25 kA (60 هرتز) که در 5 ژانویه 2000 به بهره برداری رسید (دمای عملیاتی 70-80K، خنک کننده

فشار).

خطی که نشان دهنده سه ابررسانای سه فاز است

فراهم می کند

برق سه

صنعتی

تاسیسات

دفتر مرکزی شرکت Southwire در کارولتون، جورجیا. تلفات انتقال حدود 0.5٪ در مقایسه با 5-8٪ است و توان انتقالی 3-5 برابر بیشتر از کابل های سنتی با همان قطر است.

جشن

جو، سالگرد بهره برداری موفقیت آمیز خط با 100 درصد بار به مدت 5000 ساعت جشن گرفته شد. سه پروژه دیگر در سال 2003 آغاز شد، کار بر روی آنها در حال انجام است

اولیه

جالب هست

شامل می شود

نصب خط ابررسانای زیرزمینی 600 مگاوات/138 کیلو ولت به طول حدود 1 کیلومتر که مشمول خط موجود خواهد شد.

بارگیری کرده و در امتداد مجاری موجود در شرق گاردن سیتی حرکت خواهد کرد

لانگ آیلند.

ضروری است

کابل خواهد شد

ساخته

متخصصان Nexans (آلمان)، بر اساس یک ابررسانا تولید شده در کارخانه ذکر شده در Divense، و تجهیزات برودتی

تحویل داده خواهد شد

در این مورد، وزارت انرژی ایالات متحده این کار را به نصف تأمین می کند و حدود 30 میلیون دلار سرمایه گذاری می کند. بقیه توسط شرکا ارائه می شود. این خط قرار است تا پایان سال 2005 راه اندازی شود.

چه کسی

ساخته

کابل ابررسانا سه فاز با ولتاژ 36 کیلو ولت / 2 کیلو آمپر (طراحی

"گرم"

دی الکتریک،

خنک کردن با نیتروژن مایع تحت فشار؛ بحرانی به 2.7 کیلو آمپر در هر فاز (T=79K) می رسد. در عین حال توجه ویژه

داده شده بود

توسعه

رهبر ارکستر

کیلومتر نوار بر اساس Bi-2223)، دستگاه های پایانی و همچنین آن

ارتباط.

گذاشته شد،

ایستگاه فرعی در جزیره آماگر (بخش جنوبی کپنهاگ) که برق 50 هزار مصرف کننده از جمله

روشنایی

شبکه (قدرت ترانسفورماتور خروجی 100 MVA). خط سی متری ابررسانا در 28 مه 2001 شروع به کار کرد: ابتدا کابل ابررسانا به موازات معمول روشن شد و بعداً "به تنهایی" کار کرد و اسمی آن 2 کیلو آمپر بود ، تلفات کمتر از 1 بود. W/m (دمای عملیاتی بین 74-84K بود). کابل 50 درصد از کل انرژی پست را منتقل می کند و کابل های مسی را با سطح مقطع 2000 میلی متر مربع جایگزین می کند. تا می 2002، کابل به مدت 1 سال در حالت یخ زده فعال بود. در این مدت، او 101 مگاوات ساعت برق را به 25 هزار دانمارکی - صاحب خانه های شخصی "تامین کرد". هیچ تغییری در ویژگی‌های کابل مشاهده نشد؛ همه سیستم‌های برودتی به طور پایدار عمل می‌کنند. علاوه بر پروژه دانمارکی، پروژه پاناروپایی نیز جالب است

برای ایجاد یک اتصال بین سیستمی - یک خط ابررسانای سه فاز ویژه به طول 200 متر که برای 20 کیلو ولت / 28 کیلو آمپر طراحی شده است.

برای اجرای آن، سازماندهی شده است

کنسرسیوم،

Nexans (آلمان)

(فرانسه)،

(بلژیک)،

متخصصان

گوتینگن

تامپر (دانشگاه فناوری تامپر). در میان تولیدکنندگان اروپایی کابل های ابررسانا، Pirelli Cavi e Sistemi برجسته است. تولید آن

قدرت

اجازه

رهایی

کیلومتر ابررسانا در سال رویداد مهم - تولید

بیست متر

ابررسانای کواکسیال

(طرح

دی الکتریک "سرد")، طراحی شده برای 225 کیلو ولت. پیرلی به همراه متخصصان آمریکایی (ادیسون و CESI) شرکت می کند

ایجاد

نمونه اولیه کابل سی متری در 132 کیلوولت / 3 کیلو آمپر (1999-2003). با حرکت از کابل ها به تجهیزات الکتریکی بزرگ - ترانسفورماتورها، توجه می کنیم که از تمام انرژی از دست رفته در طول انتقال، 50-65٪ آنها را تشکیل می دهند. انتظار می رود که با معرفی ترانسفورماتورهای ابررسانا

کاهش خواهد یافت

رسیدن

ترانسفورماتورهای ابررسانا تنها در صورتی قادر به رقابت موفقیت آمیز با ترانسفورماتورهای معمولی خواهند بود که رابطه (P s/k) برآورده شود.< P c , где Р с - потери в обычном трансформаторе, P s - потери

ابررسانا

تبدیل کننده

دمای کار)، k ضریب تبرید یخچال است. فن آوری مدرن، به ویژه کرایوژنیک، برآوردن این نیاز را ممکن می سازد. در اروپا، اولین نمونه اولیه ترانسفورماتور سه فاز (630 کیلو ولت آمپر؛ 18.7 کیلوولت / 420 ولت) با استفاده از ابررساناهای با دمای بالا به عنوان بخشی از یک اتصال ساخته شد.

فرانسه)، آمریکایی

de Geneve) و در مارس 1997 به بهره برداری رسید - در شبکه برق ژنو گنجانده شد، جایی که بیش از یک سال کار کرد،

فراهم آوردن

انرژی

سیم پیچ ترانسفورماتور

تکمیل شد

سیم

بر اساس Bi-2223،

در یخچال

هسته ترانسفورماتور در دمای اتاق است. تلفات بسیار زیاد بود (3 وات در هر 1 کیلو آمپر متر) زیرا طراحی هادی برای استفاده AC بهینه نشده بود.

پروژه دوم همین شرکت کنندگان - ABB، EdF و ASC - یک ترانسفورماتور 10 MVA (63 kV/21 kV) است که در سال 2001 یک چرخه کامل از آزمایشات آزمایشگاهی را پشت سر گذاشت و در سال 2002 در سیستم قدرت فرانسه گنجانده شد. متخصصان ABB بار دیگر تأکید کردند که اکنون اصلی است

مسئله

توسعه

مقرون به صرفه

تجهیزات ابررسانا، به ویژه ترانسفورماتورها، وجود سیم هایی با تلفات کم و زیاد است

بحرانی

تراکم

مغناطیسی

میدان ایجاد شده توسط سیم پیچ ها سیم همچنین باید یک عملکرد محدود کننده جریان را ارائه دهد. در ژاپن (فوجی الکتریک، KEPCO و غیره) نمونه اولیه یک ترانسفورماتور ابررسانا 1 MVA (22 kV (45.5 A) / 6.9 kV (145 A)) را ساختند که در ژوئن 2000 کیوشو در شبکه شرکت برق گنجانده شد. که در

نهایی

واقع شده

توسعه

(دانشگاه کیوشو

(توکیو)) ترانسفورماتور

که در نظر گرفته شده است

تاسیسات

موتور الکتریکی

ترکیب بندی. محاسبات اولیه نشان می دهد که جرم آن باید 20٪ کمتر از یک ترانسفورماتور معمولی با همان قدرت باشد.

یک ترانسفورماتور ابررسانا 1 MVA با موفقیت در ایالات متحده نشان داده شده است و کار بر روی آن آغاز شده است.

دستگاه

قدرت

واوکشا الکتریک

و Electric، و همچنین ORNL). متخصصان آلمانی (زیمنس) یک نمونه اولیه ترانسفورماتور ساخته اند

چشم انداز

توسعه دستگاه هایی برای 5-10 MVA) با سیم پیچ بر اساس Bi-2223، که می تواند بر روی لوکوموتیوهای الکتریکی نصب شود.

طراحی شده

برای معمولی

تبدیل کننده.

ترانسفورماتور ابررسانا 35٪ کوچکتر از ترانسفورماتورهای معمولی است و راندمان آن به 99٪ می رسد. محاسبات نشان می دهد که استفاده از آن باعث صرفه جویی تا 4 کیلووات در هر قطار و کاهش سالانه انتشار CO 2 به میزان 2200 تن در هر قطار می شود. وضعیت با ماشین های الکتریکی سنکرون مبتنی بر ابررساناهای با دمای بالا پیچیده تر است.

مشخص است که توان معمولی با حجم V آن متناسب است. نشان دادن اینکه قدرت یک ماشین ابررسانا متناسب با V 5/3 است دشوار نیست، بنابراین افزایش در ابعاد کاهشی فقط برای ماشین‌های پرقدرت اتفاق می‌افتد.

مثلا،

ژنراتورها

کشتی

موتورها

انتظار معرفی فن آوری های ابررسانا را دارید (شکل 1).

گواهی دادن

که یک ژنراتور 100 مگاواتی به یک ابررسانا با دمای بالا با چگالی جریان بحرانی 4.5 10 4 A/cm 2 در میدان مغناطیسی 5 تسلا نیاز دارد. در عین حال، خواص مکانیکی آن و همچنین قیمت، باید با Nb 3 Sn قابل مقایسه باشد. متاسفانه هنوز نه

وجود دارد

درجه حرارت بالا

ابررساناهایی که به طور کامل این شرایط را برآورده می کنند. با

کم

فعالیت آمریکا

اروپایی

ژاپنی

این منطقه. از جمله آنها یک تظاهرات موفق است

با یکدیگر

با راکول اتوماسیون/ریلاینس الکتریک (شریکایی که قبلا ذکر شد

همزمان

موتور

در 746 کیلووات و توسعه بیشتر ماشین در 3730 کیلووات.

متخصصان

طرح

موتور

ژنراتور

در آلمان، زیمنس یک موتور سنکرون 380 کیلوواتی با استفاده از ابررساناهای با دمای بالا ارائه می دهد.

فنلاند

تست شده

ماشین سنکرون چهار قطبی 1.5 کیلو وات با سیم پیچی مسیر ساخته شده از سیم بر اساس Bi-2223. دمای کارکرد آن 20K است. علاوه بر این، تعدادی کاربرد دیگر از ابررساناهای با دمای بالا در مهندسی برق وجود دارد.

سرامیک

از ابررساناهای با دمای بالا می توان برای ساخت یاتاقان های مغناطیسی غیرفعال برای موتورهای کوچک با سرعت بالا، مانند پمپ های گازهای مایع استفاده کرد.

عملکرد یکی از این موتورها، در 12000 دور در دقیقه، اخیراً در آلمان به نمایش گذاشته شده است. به عنوان بخشی از برنامه مشترک روسیه و آلمان، مجموعه ای از هیسترزیس

موتورها

(قدرت

"فعالیت ها"

ابررساناهای با دمای بالا - دستگاه هایی که اتصال کوتاه را به مقدار اسمی محدود می کنند. سرامیک ها مناسب ترین مواد برای محدود کننده های ابررسانا در نظر گرفته می شوند.

و تحولات

دستگاه ها

پایه ای

مهندسی برق

بریتانیای کبیر،

آلمان، فرانسه، سوئیس، ایالات متحده آمریکا، ژاپن و سایر کشورها. یکی از اولین مدل ها (توسط ABB) یک محدود کننده نوع القایی برای 10.5 کیلو ولت / 1.2 MVA بود که یک عنصر Bi-2212 را در یک کرایواستات قرار داد. همین شرکت یک نمونه اولیه فشرده را منتشر کرده است - یک محدود کننده نوع مقاومتی 1.6 MVA، که به طور قابل توجهی کوچکتر از اول است. در طول آزمایش، 13.2 کیلو آمپر در پیک اول به 4.3 کیلو آمپر محدود شد. به دلیل گرمایش، 1.4 کیلو آمپر در 20 میلی‌ثانیه و 1 کیلو آمپر در 50 میلی‌ثانیه محدود می‌شود.

طرح

محدود کننده

است

میلی متر (وزن 50 کیلوگرم). کانال ها به آن بریده می شوند که به شما امکان می دهد داشته باشید

معادل

ابررسانا

متر بعدی

نمونه اولیه

در 6.4 MVA در حال حاضر امکان ایجاد یک محدود کننده 10 MVA وجود دارد و در آینده نزدیک می توان انتظار انتشار محدود کننده های تجاری از این نوع را داشت. هدف بعدی ABB یک محدود کننده 100 MVA است. متخصصان زیمنس القایی را آزمایش کردند

محدود کننده ها:

تبدیل کننده

محافظت از هسته فولادی با سیم پیچ ابررسانا و گزینه دوم - ابررسانا به شکل یک استوانه ساخته شده است که روی آن یک سیم پیچ مسی زخم شده است. در حد محدود

مقاومت

اهمی

اجزای القایی به دلیل گرمای بیش از حد احتمالی در مناطق دارای اتصال کوتاه، باید با استفاده از یک کلید معمولی در سریع ترین زمان ممکن خاموش شود.

برگشت

ابررسانا

حالت

چندین

ده ها ثانیه، پس از آن محدود کننده برای کار آماده است. که در

به علاوه

مقاومتی

محدود کننده،

ابررسانا مستقیماً به شبکه متصل می شود و به محض اتصال کوتاه به سرعت ابررسانایی خود را از دست می دهد.

فراتر خواهد رفت

بحرانی

معنی

با گرم کردن ابررسانا، سوئیچ مکانیکی باید شکسته شود

چندین

نیم چرخه؛ خنک کننده

ابررسانا

منجر می شود

به حالت ابررسانا زمان بازگشت محدود کننده 1-2 ثانیه است.

یک مدل تک فاز از چنین محدود کننده ای با توان 100 کیلوولت آمپر در ولتاژ کاری 6 کیلوولت با جریان نامی 100 آمپر آزمایش شد. ممکن است

کوتاه

اتصال کوتاه،

kA، در کمتر از 1 میلی ثانیه به 300 A محدود شد. زیمنس همچنین یک محدود کننده 1 MVA را در غرفه خود در برلین به نمایش گذاشت که نمونه اولیه آن 12 MVA در نظر گرفته شده است. در ایالات متحده آمریکا، اولین محدود کننده - القایی-الکترونیکی داشت

توسعه یافته

شرکت های General Atomic، Intermagnetics General Corp. ده سال پیش، یک محدود کننده جریان به عنوان نمونه نمایشی در مرکز آزمایش نوروالک ادیسون جنوبی کالیفرنیا نصب شد. در جریان نامی 100 A، حداکثر اتصال کوتاه ممکن 3 کیلو آمپر به 1.79 کیلو آمپر محدود می شود. در سال 1999، یک دستگاه 15 کیلوولت با جریان عملیاتی 1.2 کیلو آمپر طراحی شد که برای محدود کردن جریان اتصال کوتاه 20 کیلو آمپر به مقدار 4 کیلو آمپر طراحی شد. در فرانسه، متخصصان GEC Alsthom، Electricite de France و دیگران یک محدود کننده 40 کیلو ولت را آزمایش کردند: اتصال کوتاه را از 14 کیلو آمپر (مقدار اولیه قبل از اتصال کوتاه 315 A بود) به 1 کیلو آمپر در چند میکروثانیه کاهش داد. اتصال کوتاه باقیمانده در عرض 20 میلی ثانیه با استفاده از یک سوئیچ معمولی خاموش شد. گزینه های محدود کننده برای فرکانس های 50 و 60 هرتز طراحی شده اند. در بریتانیا، VA TECH ELIN Reyrolle یک محدود کننده هیبریدی (مقاومتی-القایی) را توسعه داد که در طی آزمایشات پایه (11 کیلو ولت، 400 A)، اتصال کوتاه را از 13 کیلو آمپر به 4.5 کیلو آمپر کاهش داد. در عین حال، زمان پاسخ محدود کننده کمتر از 5 میلی ثانیه است، در حال حاضر اوج اول محدود است. زمان کار محدود کننده 100 میلی ثانیه محدود کننده (سه فاز) شامل 144 میله ساخته شده از Bi-2212 و ابعاد آن 1*1.5*2 متر می باشد.

در ژاپن، یک محدود کننده جریان ابررسانا به طور مشترک توسط توشیبا و TEPCO ساخته شد - نوع القایی، 2.4 MVA. این شامل یک عنصر سرامیکی جامد Bi-2212 است. تمام پروژه های ذکر شده نمونه های اولیه "دوره اولیه" هستند که برای نشان دادن در نظر گرفته شده است

ممکن ها

ابررسانا

فن آوری، اهمیت آن برای صنعت برق الکتریکی است، اما هنوز هم هستند

بنابراین

نماینده،

پس شما میتوانید

فوری

پیاده سازی صنعتی و بازاریابی موفق اولین دلیل برای این احتیاط این است که هادی های Bi-Sr-Ca-Cu-O هنوز در حال توسعه هستند و در حال حاضر در حال تولید هستند.

بحرانی

تراکم

سطح 30 کیلو آمپر بر سانتی متر مربع با طول تنها حدود یک کیلومتر. بهبود بیشتر این هادی ها (افزایش سنجاق، افزایش چگالی هسته، ایجاد موانع در اطراف آنها و غیره) باید منجر به افزایش Jc به 100 kA/cm2 یا بیشتر شود.

ضروری است

پیشرفت در فناوری ابررسانا و تحریک توسعه جدید

طرح ها

تجهیزات

امیدهای خاصی نیز با موفقیت در دستیابی به هادی هایی با پوشش ابررسانا همراه است (این نسل بعدی سیم های ابررسانا است)، که دارای Jc قابل توجهی بالاتر در میدان مغناطیسی تا چندین تسلا هستند. در اینجا امکان تولید نوارهای ابررسانا با قابلیت حمل جریان 1 کیلو آمپر با هزینه های تولید مناسب وجود دارد. در ایالات متحده آمریکا این نوارها

در حال توسعه هستند

فناوری های میکرو پوشش،

ابررسانایی

فناوری ابررساناهای آکسفورد

دلیل دوم در این واقعیت نهفته است که مسائل استانداردسازی هادی های Bi-Sr-Ca-Cu-O و چارچوب نظارتی لازم برای استفاده از آنها در زمینه انتقال و توزیع برق به اندازه کافی توسعه نیافته است. به طور معمول، استانداردها راهنمایی برای هدایت مکانیکی، حرارتی و الکتریکی ارائه می دهند

تست ها

مواد

تجهیزات.

از آنجایی که دستگاه های ابررسانا به سیستم های برودتی نیاز دارند، آنها نیز باید مشخص شوند. بنابراین، قبل از معرفی ابررسانایی به صنعت برق، لازم است یک سیستم کامل از استانداردها ایجاد شود: آنها باید قابلیت اطمینان بالای همه محصولات ابررسانا را تضمین کنند (شکل 2).

در حال انجام است

مناسبت ها

در این راستا. هفت گروه از متخصصان از چهار کشور اروپایی در یک پروژه مشترک Q-SECRETS (که توسط اتحادیه اروپا حمایت می شود) در زمینه نظارت بر کیفیت متحد شده اند.

ابررساناها

تاثير گذار،

فشرده - جمع و جور

بسیار قابل اعتماد

انتقال قدرت

یکی از اهداف اصلی پروژه کمک به ایجاد است

گسترش

"ابررسانا"

در بازار انتقال و توزیع برق که در

نتیجه

علامت گذاری،

با وجود

برای بزرگ

پتانسیل

ممکن ها

استفاده از دمای بالا

ابررساناها

صنعت برق، تلاش‌های تحقیق و توسعه قابل توجهی لازم است تا محصولات ابررسانا در اقتصاد بازار مدرن قابل دوام باشند. در عین حال، برآوردها برای آینده نزدیک دلیلی برای خوش بینی می دهد.

صاحبان پتنت RU 2411624:

این اختراع مربوط به رشته مهندسی برق، به ویژه ماشین های الکتریکی است و به طراحی موتورهای الکتریکی با سیم پیچی ابررسانا و شکاف محوری مربوط می شود، به طور دقیق تر، موتورهای الکتریکی با گشتاور بالا، که برای مثال به عنوان محرک استفاده می شوند. برای ماشین ها و کشتی ها در موتور الکتریکی پیشنهادی، استاتورهای (12) و (13) با شکاف‌های هوای مورد نیاز در جهت محوری روتور (11) قرار گرفته‌اند تا در مقابل یکدیگر قرار گیرند، تعدادی از عناصر تحریک به شکل سیم‌پیچ‌های میدانی 15) یا آهنرباهای دائمی (33) روی روتور (11) و تعدادی سیم پیچ آرمیچر (17) و (19) در استاتورهای (12) و (13) حول محور قرار دارند. حداقل یکی از سیم‌پیچ‌های میدان (15) یا آهن‌رباهای دائمی (33) روتور و سیم‌پیچ‌های آرمیچر (17) و (19) از یک ماده ابررسانا تشکیل شده‌اند، به شرطی که شار مغناطیسی آنها در محوری هدایت شوند. جهت. در این حالت، در قسمت های توخالی سیم پیچ های آرمیچر، کلکتورهای شار ساخته شده به شکل اجسام مغناطیسی وجود دارد. نتیجه فنی ارائه توان خروجی بالا و راندمان بالا یک موتور الکتریکی با شکاف محوری در عین داشتن وزن و ابعاد کم است. 10 حقوق f-ly, 7 بیمار.

زمینه فناوری که اختراع به آن مربوط می شود

اختراع حاضر به یک موتور الکتریکی سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری و به ویژه به یک موتور الکتریکی با گشتاور بالا مربوط می شود که به عنوان منبع محرک برای خودروها و کشتی ها استفاده می شود.

پیشینه هنر

به طور سنتی، یک موتور ترخیص شعاعی و یک موتور ترخیص محوری به عنوان موتور الکتریکی ارائه می شود. به عنوان یک نوع فاصله شعاعی، یک موتور الکتریکی که در آن یک روتور در قسمت توخالی یک استاتور با سطح مقطع حلقوی ارائه می شود، به طور گسترده استفاده می شود به طوری که جهت شار مغناطیسی سیم پیچ ها در جهت شعاعی است. در همین حال، یک موتور الکتریکی با شکاف محوری که در انتشار درخواست ثبت اختراع ژاپنی بررسی نشده شماره 2004-140937 نشان داده شده است، دارای استاتورهایی است که در جهت محوری روتور مخالف یکدیگر قرار گرفته اند به طوری که جهت شار مغناطیسی سیم پیچ ها در جهت محوری هدایت می شوند.

با این حال، در موتورهای شکاف محوری سنتی، از آهنرباها یا سیم‌پیچ‌های دائمی مانند سیم‌های مسی برای میدان مغناطیسی و از سیم‌های مسی برای سیم‌پیچ‌های آرمیچر استفاده می‌شود. همانطور که از این واقعیت مشخص است که گشتاور خروجی حاصل ضرب جریان و میدان مغناطیسی است، خروجی یک موتور الکتریکی محدودیتی دارد. علاوه بر این، برای افزایش توان خروجی، به ناچار ابعاد موتور الکتریکی افزایش می یابد، به طوری که وزن آن نیز افزایش می یابد. علاوه بر این، با افزایش جریان، بازده انرژی به دلیل تلفات مس یا موارد مشابه کاهش می یابد.

[سند ثبت اختراع 1]:

انتشار درخواست ثبت اختراع ژاپنی بررسی نشده شماره 2004-140937.

افشای اختراع

مشکلات حل شده توسط اختراع

این اختراع با توجه به مشکلات فوق انجام شده است. بنابراین، هدف از اختراع، ارائه یک موتور ترخیص محوری است که توان خروجی بالایی را ارائه می‌کند، کوچک و سبک وزن است، راندمان بالایی دارد و به‌ویژه به‌عنوان موتور محرکه برای کشتی‌ها و موارد مشابه استفاده می‌شود.

حلال مشکل

به منظور حل مشکلات فوق، با توجه به اختراع، یک موتور سیم پیچ ابررسانا از نوع شکاف محوری ارائه شده است که شامل:

استاتورهایی که با شکاف های هوای مورد نیاز در جهت محوری روتور قرار دارند تا در مقابل یکدیگر قرار گیرند.

تعدادی از عناصر تحریکی که روی هر یک از روتورها و استاتورها در اطراف محور روتور قرار دارند.

حداقل یکی از عناصر میدان و سیم‌پیچ‌های آرمیچر از یک ماده ابررسانا تشکیل شده است به طوری که جهت شار مغناطیسی آنها در جهت محوری است.

در این پیکربندی، مواد ابررسانا برای میدان مغناطیسی و/یا آرمیچرهای موتور شکاف محوری استفاده می‌شود. به این ترتیب می توان جریان زیادی را اعمال کرد و اندازه و وزن موتور الکتریکی را کاهش داد و در عین حال گشتاور موتور خروجی بالایی را به دست آورد. علاوه بر این، با استفاده از یک ماده ابررسانا، می توان تلفات انرژی را در صورت عدم تلفات در مس تا حد زیادی کاهش داد، که این امر باعث می شود تا بازدهی بالایی حاصل شود. علاوه بر این، از آنجایی که استاتورها در جهت محوری روتور در یک ساختار فاصله محوری قرار گرفته اند، می توان قطر را کاهش داد تا نویز ناشی از چرخش کاهش یابد. در یک موتور ترخیص محوری، لبه های سیم پیچی که به گشتاور موتور کمک نمی کنند، بر خلاف موتور ترخیص شعاعی تشکیل نمی شوند. به این ترتیب می توان یک موتور الکتریکی با راندمان بالا و توان خروجی بالا به دست آورد.

ترجیحاً، عناصر میدان سیم‌پیچ میدان هستند و سیم‌پیچ میدان و سیم‌پیچ آرمیچر از یک ماده ابررسانا تشکیل شده‌اند.

به عنوان ماده ابررسانا، مواد ابررسانا با دمای بالا مبتنی بر بیسموت یا ایتریم به طور مناسب استفاده می شود.

علاوه بر این، مواد ابررسانا را می توان به خوشه هایی شبیه به یک آهنربای حجیم ابررسانا یا آهنربای دائمی در دمای بالا تبدیل کرد. آهنربای حجیم ابررسانا با دمای بالا آهنربایی است که از یک شمش ابررسانا با دمای بالا ساخته شده است که از پراکندگی یک فاز غیر ابررسانا در یک ابررسانا RE-Ba-Cu-O با دمای بالا به دست می آید تا باعث ذوب شدن و رشد فاز شود. قادر به به دام انداختن و مغناطیسی کردن یک میدان مغناطیسی بزرگتر از آهنربای ثابت با کارایی بالا است.

علاوه بر این، عناصر میدان ممکن است آهنرباهای دائمی باشند که از ماده ای غیر از یک ماده ابررسانا ساخته شده اند و سیم پیچ های آرمیچر ممکن است از یک ماده ابررسانا تشکیل شده باشند.

اگر از این پیکربندی استفاده شود، آهنرباهای دائمی را می توان به سادگی روی هر یک از روتور و استاتور قرار داد. بنابراین، راندمان تولید موتور الکتریکی سیم پیچ ابررسانا شکاف محوری را می توان افزایش داد، که این امکان را برای ساده سازی ساختار فراهم می کند.

علاوه بر این، اگرچه از آهنرباهای دائمی ساخته شده از موادی غیر از مواد ابررسانا به عنوان عناصر تحریک استفاده می شود، اما اگر توان خروجی موتور سیم پیچ ابررسانا 1 کیلو وات تا 5 مگاوات باشد، می توان به اندازه کافی با هر شرایطی مقابله کرد. در نتیجه می توان اندازه یک موتور الکتریکی را با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری کاهش داد.

ترجیحاً استاتورها در دو طرف روتور در جهت محوری روتور قرار داشته باشند، شفت دوار ثابت به روتور برای عبور از یاتاقان استاتورها معلق باشد و عناصر میدان و سیم‌پیچ‌های آرمیچر روی همان قرار گیرند. محور با شکاف هوا در جهت محوری.

اگر از این پیکربندی استفاده شود، یک جفت استاتور در دو طرف روتور در جهت محوری با یک شکاف هوا بین آنها ارائه می شود. بنابراین، در مقایسه با زمانی که استاتور فقط در یک طرف قرار دارد، میدان مغناطیسی در روتور افزایش می‌یابد، که امکان به دست آوردن گشتاور موتور با توان خروجی بالا را فراهم می‌کند.

ترجیحاً، جمع‌کننده‌های شار اجسام مغناطیسی در قسمت‌های توخالی سیم‌پیچ‌های میدان قرار دارند که به عنوان عناصر میدان و/یا سیم‌پیچ‌های آرمیچر عمل می‌کنند.

اگر از این پیکربندی استفاده شود، بدنه های مغناطیسی در قسمت های توخالی سیم پیچ ها ارائه می شود، شار مغناطیسی سیم پیچ ها را می توان افزایش داد، که امکان تحقق یک موتور با توان خروجی بالا را ممکن می کند. علاوه بر این، از آنجایی که موتور الکتریکی دارای توان خروجی بالایی است، می توان تعداد سیم پیچ ها را کاهش داد، به طوری که اندازه و وزن موتور الکتریکی می تواند بیشتر کاهش یابد. علاوه بر این، کلکتورهای شار نقش تشکیل یک هسته شار مغناطیسی را انجام می دهند که باید در سیم پیچ ها تشکیل شود. بنابراین، جهت شار مغناطیسی را می توان تنظیم کرد و از تشکیل یک میدان مغناطیسی نشتی در جهتی که شار مغناطیسی به گشتاور کمک نمی کند، جلوگیری کرد. علاوه بر این، اجسام مغناطیسی در قسمت‌های توخالی سیم‌پیچ‌ها فرو رفته و در نتیجه قدرت مکانیکی سیم‌پیچ‌ها افزایش می‌یابد.

ترجیحاً، لبه‌های جلویی کلکتورهای شار در همان موقعیتی قرار می‌گیرند که سطوح لبه جلویی سیم‌پیچ‌ها در جایی که کلکتورهای شار قرار دارند یا در موقعیت‌هایی که از سطوح لبه جلویی سیم‌پیچ‌ها امتداد دارند، نصب می‌شوند.

به ویژه، هنگامی که آهنرباهای دائمی یا آهنرباهای حجمی ابررسانا در سمت جفت گیری مقابل ارائه می شوند، کلکتورهای شار از سطوح لبه جلویی سیم پیچ های اطراف کلکتورهای شار بیرون زده نمی شوند. در این حالت نیروی جاذبه ناشی از نیروی مغناطیسی تقریباً بین آهنرباها و طرف جفت گیری مقابل در هنگام مونتاژ و غیره ایجاد نمی شود. علاوه بر این، هیچ برخوردی بین روتور و استاتور وجود ندارد. بنابراین، موقعیت یابی به راحتی انجام می شود در حالی که شکاف در یک فاصله از پیش تعیین شده حفظ می شود.

با این حال، کلکتورهای شار ممکن است برای بیرون آمدن از سطوح لبه های جلویی سیم پیچ هایی که کلکتورهای شار در آن قرار دارند، ارائه شوند. در این حالت می توان فاصله بین کموتاتورها و طرف مقابل (روتور یا استاتور) را کاهش داد. به این ترتیب می توان شار مغناطیسی بین روتور و استاتورها را افزایش داد که منجر به افزایش گشتاور خروجی می شود.

ترجیحاً استاتورها و/یا روتور از یک جسم مغناطیسی تشکیل شده باشند.

اگر از این پیکربندی استفاده شود، استاتورها و/یا روتور به عنوان یک قفس عمل می‌کنند و شار مغناطیسی عبوری از آنها می‌تواند از نشت به سمت عقب محافظت شود. بنابراین، میدان مغناطیسی افزایش می یابد، که امکان تحقق گشتاور خروجی بالا را فراهم می کند.

ترجیحاً از ماده ای با چگالی شار مغناطیسی بالا/نفوذپذیری مغناطیسی بالا برای بدنه مغناطیسی استفاده شود.

چگالی شار بالا به معنای چگالی شار زمانی است که چگالی شار اشباع بین 0.5 تا 10 تسلا باشد. ترجیحاً می توان چگالی شار را از 1.5 تا 4 تسلا تنظیم کرد.

علاوه بر این، ماده ای که دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالا باشد به معنای ماده ای است که نفوذپذیری مغناطیسی خاص آن از 500 تا 10000000 باشد.ترجیحاً می توان نفوذپذیری مغناطیسی ویژه را از 2000 تا 10000 تنظیم کرد.

به طور خاص، ترجیح داده می شود که مواد با چگالی شار مغناطیسی بالا / نفوذپذیری مغناطیسی بالا پرمندور باشد.

نفوذپذیری مغناطیسی پرمندور تقریباً ده برابر بیشتر از آهن است و شدت میدان مغناطیسی آن بیشتر از 2 تسلا است. بنابراین جریانی که باید به سیم‌پیچ‌ها وارد شود می‌تواند حداقل یک میدان مغناطیسی بزرگ ایجاد کند تا توان خروجی موتور الکتریکی را افزایش داده و ابعاد موتور الکتریکی را کاهش دهد. با این حال، فولاد سیلیکونی، آهن، پرمالوی و مانند آن را می توان به عنوان بدنه مغناطیسی استفاده کرد.

ترجیحاً در قسمت‌های توخالی سیم‌پیچ‌های آرمیچر شکاف‌های هوا در نظر گرفته شود یا اجسام غیر مغناطیسی در قسمت‌های توخالی قرار گیرند.

علاوه بر این، ترجیحاً شکاف های هوا در قسمت های توخالی سیم پیچ های میدان ایجاد شود یا اجسام غیر مغناطیسی در قسمت های توخالی قرار گیرند.

به طور خاص، زمانی که آهنرباهای دائمی یا آهنرباهای حجمی ابررسانا در سمت جفت گیری مقابل ارائه می شوند، اجسام مغناطیسی در قسمت های توخالی سیم پیچ ها وجود ندارد. در این حالت نیروی جاذبه ناشی از نیروی مغناطیسی بین آهنرباها و طرف مقابل در هنگام مونتاژ و غیره ایجاد نمی شود. بنابراین، موقعیت یابی را می توان به راحتی انجام داد در حالی که شکاف بین روتور و استاتورها در یک فاصله از پیش تعیین شده حفظ می شود.

علاوه بر این، از آنجایی که در قسمت های توخالی سیم پیچ ها شکاف های هوا در نظر گرفته شده است یا اجسام غیر مغناطیسی سبک در قسمت های توخالی سیم پیچ ها قرار دارند، می توان وزن موتور الکتریکی را کاهش داد. به ویژه، اگر در قسمت‌های توخالی سیم‌پیچ‌های روتور، شکاف‌های هوا وجود داشته باشد، یا اجسام غیر مغناطیسی سبک مانند پلیمر در بخش‌های توخالی سیم‌پیچ‌ها در نظر گرفته شود، می‌توان وزن موتور الکتریکی را کاهش داد تا نیروی اینرسی کاهش یابد. در طول چرخش کاهش می یابد. علاوه بر این، حساسیت به تغییرات در سرعت چرخش بهبود یافته است.

علاوه بر این، پلیمر، FRP، آلومینیوم و موارد مشابه را می توان به عنوان اجسام غیر مغناطیسی سبک وزن در قسمت های توخالی سیم پیچ ها نشان داد.

به عنوان وسیله ای برای تامین مایع خنک کننده برای خنک کردن مواد ابررسانا برای تشکیل عناصر میدان و/یا سیم پیچ های آرمیچر هنگامی که ماده ابررسانا به سمت روتور متصل می شود، ترجیح داده می شود که یک مسیر جریان برای خنک کننده شامل نیتروژن مایع یا موارد مشابه در داخل آن فراهم شود. شفت دوار، در روتور ثابت شده تا از مرکز روتور عبور کند. در همین حال، هنگامی که ماده ابررسانا به سمت استاتور متصل می شود، ترجیح داده می شود که یک مسیر جریان برای خنک کننده شامل نیتروژن مایع یا موارد مشابه در هر موقعیت اتصال ماده ابررسانا به استاتور ارائه شود. در هر صورت، ترجیح داده می شود که مسیر جریان خنک کننده با یک لایه عایق حرارتی پوشانده شود تا جایی که خنک کننده به موقعیت مواد ابررسانا نزدیک شود که به عنوان اجسام شار مغناطیسی یا سیم پیچ آرمیچر عمل می کنند.

نتایج اختراع

همانطور که از توضیحات بالا مشخص است، طبق اختراع، یک ماده ابررسانا برای عناصر تحریک و/یا سیم‌پیچ‌های آرمیچر یک موتور الکتریکی شکاف محوری استفاده می‌شود. بنابراین، جریان بالا را می توان با راندمان بالا در غیاب تلفات مس اعمال کرد. علاوه بر این می توان گشتاور موتور خروجی بالایی را بدست آورد و اندازه و وزن موتور الکتریکی را کاهش داد. علاوه بر این، از آنجایی که استاتورها در جهت محوری روتور در یک ساختار فاصله محوری قرار گرفته اند، می توان اندازه موتور الکتریکی را کاهش داد و صدای ناشی از چرخش را کاهش داد.

علاوه بر این، کلکتورهای شار، که به شکل اجسام مغناطیسی ساخته شده اند، در قسمت های توخالی سیم پیچ ها قرار دارند. بنابراین، شار مغناطیسی سیم‌پیچ‌ها را می‌توان افزایش داد، که امکان تحقق یک موتور الکتریکی با توان خروجی بالا را ممکن می‌سازد. علاوه بر این می توان ابعاد و وزن موتور الکتریکی را کاهش داد. تهیه کلکتورهای شار به تعیین جهت شار مغناطیسی و کاهش نشت شار کمک می کند.

شرح مختصری از نقشه ها

شکل 1 نمای مقطعی یک موتور الکتریکی سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری مطابق با اولین تجسم اختراع است.

شکل 2 نمای پرسپکتیو یک موتور سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری مطابق با اولین تجسم است.

شکل 3 نمای مقطعی یک موتور سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری مطابق با تجسم دوم اختراع است.

شکل 4 نمای مقطعی موتور سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری مطابق با تجسم سوم اختراع است.

شکل 5 نموداری است که رابطه بین جریان سیم پیچ و شار مغناطیسی را نشان می دهد.

شکل 6 نمای مقطعی از یک موتور سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری مطابق با پنجمین تجسم اختراع است.

شکل 7 نمای مقطعی موتور سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری مطابق با ششمین تجسم اختراع است.

رمزگشایی موقعیت های مرجع

10: موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری

12، 13: استاتور

14: شفت چرخان

15: سیم پیچ تحریک (عنصر تحریک)

16. 18، 20: منیفولد جریان

17. 19: سیم پیچ آرمیچر

21: مخزن نیتروژن مایع

33: آهنربای دائمی (عنصر تحریک)

S: دهانه

پیاده سازی اختراع

در ادامه، تجسم های اختراع با استناد به نقشه ها شرح داده خواهد شد.

شکل های 1 و 2 یک موتور الکتریکی 10 را با سیم پیچ ابررسانای شکاف محوری مطابق با اولین تجسم اختراع نشان می دهند. موتور الکتریکی سیم پیچ ابررسانای شکاف محوری 10 شامل یک جفت استاتور 12 و 13 است که در مقابل یکدیگر در دو طرف روتور 11 در جهت محوری روتور 11 ثابت شده روی شفت چرخان 14 قرار گرفته اند. شفت چرخان 14 ثابت شده است روتور 11 به گونه ای معلق است که از یاتاقان های 31 و 32 استاتورهای 12 و 13 عبور کند.

روتور 11 به شکل یک دیسک شکل می گیرد و شفت چرخان 14 در روتور 11 ثابت می شود تا از مرکز آن عبور کند. روتور 11 شامل تعداد زیادی سوراخ نصب سیم پیچ 11a است که در فواصل منظم در جهت محیطی در سمت بیرونی آن ارائه می شود، و تعداد زیادی سیم پیچ میدانی 15 در سوراخ های نصب سیم پیچ 11a فرو رفته است، سیم پیچ های میدان 15 از ساخته شده اند. یک ماده ابر رسانا اساساً، تعداد زیادی از سیم‌پیچ‌های میدان 15 در فواصل مساوی در جهت دایره‌ای حول محور روتور ثابت می‌شوند به طوری که جهت‌های شار مغناطیسی سیم‌پیچ‌های میدان مربوطه 15 در جهت محوری هدایت می‌شوند. هر یک از کلکتورهای شار 16 و سیم پیچ های میدانی 15 از هر دو سطح جانبی روتور 11 بیرون زده نیستند.

ماده برای روتور 11 یک ماده مغناطیسی مانند پرمندور، فولاد سیلیکونی، آهن یا پرمالوی است. علاوه بر این، یک ماده ابررسانا مبتنی بر بیسموت یا یک ماده ابررسانا مبتنی بر ایتریم به عنوان ماده ابررسانا برای تشکیل سیم‌پیچ‌های میدان 15 استفاده می‌شود. این سیم‌پیچ‌های میدانی 15 طوری پیکربندی شده‌اند که انرژی لازم را از یک منبع نیرو (نمایش داده نشده) تامین کنند.

استاتورهای 12 و 13 دارای اشکال متقارن متقابل هستند. استاتورهای 12 و 13 که بر روی سطح پایه G ثابت شده‌اند، دارای بخش‌های نصب سیم‌پیچ فرورفته 12a و 13a هستند که روی سطوح آنها رو به روتور 11 قرار دارند. در امتداد ضلع بیرونی محیطی، از شرایطی که تعداد زیادی از سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 ساخته شده از مواد ابررسانا در قسمت‌های نصب سیم‌پیچ غرق‌شده 12a و 13a فرو رفته‌اند. اساساً تعداد زیادی از سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 در فواصل زمانی در جهت دایره‌ای حول یک محور ثابت می‌شوند به طوری که جهت شار مغناطیسی آنها در جهت محوری هدایت می‌شوند. در قسمت های توخالی سیم پیچ های آرمیچر مربوطه 17 و 19 کلکتورهای شار 18 و 20 (جسم مغناطیسی) ساخته شده از پرمندور وجود دارد. هر یک از کلکتورهای شار 18 و 20 و سیم پیچ های آرمیچر 17 و 19 طوری ساخته شده اند که به ترتیب از سطوح جانبی استاتورهای 12 و 13 بیرون نزنند. سیم پیچ های میدان 17 و 19 به گونه ای پیکربندی شده اند که انرژی لازم را از یک منبع تغذیه تامین کنند (نمایش داده نشده است).

به عنوان یک ماده برای استاتورهای 12 و 13، از یک ماده مغناطیسی مانند پرمندور، فولاد سیلیکونی، آهن یا پرمالوی برای خدمت به عنوان یک مسابقه عقب استفاده می شود. علاوه بر این، یک ماده ابررسانا مبتنی بر بیسموت یا یک ماده ابررسانا مبتنی بر ایتریوم به عنوان ماده ابررسانا برای تشکیل سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 استفاده می‌شود.

سیم پیچ های آرمیچر 17 و 19 و سیم پیچ های میدان 15 به گونه ای چیده شده اند که فواصل شعاعی از مرکز محور محور چرخان 14 تا سیم پیچ های مربوطه با یکدیگر منطبق باشد. علاوه بر این، فاصله بین سطح انتهایی چرخش روتور 11 و سطح انتهایی استاتور سمت روتور 12 یا 13 به عنوان فاصله بین 0.1 میلی متر تا 1 میلی متر (0.5 میلی متر در این تجسم) تنظیم شده است.

از آنجایی که سیم پیچ های میدان 15 از یک ماده ابررسانا تشکیل شده اند، نیتروژن مایع ذخیره شده در مخزن نیتروژن مایع 21 به قسمت توخالی 14a شفت دوار 14 وارد می شود تا سیم پیچ های میدان 15 را خنک کند.

به طور دقیق تر، شفت چرخان 14 شامل یک بخش توخالی 14a است که برای گسترش به موقعیت روتور 11 ارائه شده است، بخش توخالی به سمت یک انتهای شفت چرخان در جهت محوری باز می شود. خط لوله 22 از طریق یاتاقان 26 از مخزن نیتروژن مایع 21 به قسمت توخالی 14a وارد می شود تا درست قبل از موقعیت روتور به پایان برسد. مجرای 22 دارای یک ساختار دو لوله ای شامل یک کانال جریان محیطی داخلی 24 است که به عنوان کانال خروجی و یک کانال جریان محیطی بیرونی 25 به عنوان کانال ورودی عمل می کند به طوری که نیتروژن مایع از طریق کانال جریان محیطی داخلی 24 در انتهای جلویی جریان می یابد. خط لوله، حرکت کرده و به داخل کانال جریان محیطی 25 گردش می کند. خط لوله 22 شامل یک لایه عایق حرارتی خلاء 23 است که بر روی سطح بیرونی محیطی آن، به جز در موقعیتی که مطابق با روتور 11 است، ارائه می شود.

از آنجایی که سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 نیز از یک ماده ابررسانا تشکیل شده‌اند، از نیتروژن مایع ذخیره شده در مخزن نیتروژن مایع 21 برای خنک کردن سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 استفاده می‌شود.

به طور خاص، یک مجرای دو لوله ای 27 از مخزن نیتروژن مایع 21 تخلیه می شود، مجرای 27 شامل یک گذرگاه جریان محیطی داخلی 28 است که به عنوان گذرگاه خروجی و یک گذرگاه جریان محیطی خارجی 29 به عنوان گذرگاه ورودی عمل می کند. در چنین ساختاری، نیتروژن مایع که از طریق کانال جریان محیطی داخلی 28 در انتهای جلوی مجرا جریان می یابد، به کانال جریان محیطی 29 منتقل می شود. مجرای 27 به سمت عقب استاتور 12 و سمت عقب منشعب می شود. از استاتور 13 به گونه ای که مجراهای دوشاخه 27 تا موقعیت های مرکزی قسمت های نصب سیم پیچ های آرمیچر 17 و 19 استاتورهای 12 و 13 مربوطه امتداد دارند. 13b به ترتیب در کناره های عقب استاتورهای 12 و 13 فرو رفته تا مایع خنک کننده را معرفی کند. سوراخ های ورودی مایع خنک کننده 12b و 13b به ترتیب در موقعیت های مربوط به سیم پیچ های آرمیچر 17 و 19 قرار دارند. مجرای 27 شامل یک لایه عایق حرارتی خلاء 30 است که در سطح محیطی بیرونی مجرای 27 ارائه شده است، به استثنای بخش هایی که در دهانه های ورودی مایع خنک کننده 12b و 13b استاتورهای 12 و 13 دریافت می شوند.

با توجه به موتور سیم پیچ ابررسانای شکاف محوری 10 که به این روش پیکربندی شده است، سیم پیچ های میدان 15 از یک ماده ابررسانا تشکیل شده اند. بنابراین می توان جریان زیاد با راندمان بالا را بدون تلفات مس و غیره اعمال کرد. در نتیجه می توان به گشتاور موتور خروجی بالا پی برد و اندازه و وزن را کاهش داد. علاوه بر این، به عنوان یک ساختار فاصله محوری، استاتورهای 12 و 13 در جهت محوری روتور 11 قرار دارند. بنابراین، می توان قطر را کاهش داد و صدای چرخش را نیز کاهش داد. علاوه بر این، از آنجایی که استاتورهای 12 و 13 در هر دو طرف روتور 11 قرار دارند، میدان مغناطیسی را می توان افزایش داد و امکان تحقق توان خروجی بالاتر را فراهم کرد. علاوه بر این، از یک ماده مغناطیسی برای استاتورهای 12 و 13 استفاده می‌شود تا به عنوان چرخ‌های عقب عمل کنند تا از ایجاد میدان مغناطیسی نشتی جلوگیری شود. به این ترتیب، میدان مغناطیسی بیشتر افزایش می یابد، که امکان دستیابی به گشتاور خروجی بالا را فراهم می کند. به علاوه در قسمت های توخالی سیم پیچ های میدان 15 و سیم پیچ های آرمیچر 17 و 19، اجسام مغناطیسی (پرمندور) به عنوان کلکتورهای شار 16، 18 و 20 ارائه شده است. بنابراین، میدان مغناطیسی تقویت می شود، که امکان دستیابی به توان خروجی بالا را فراهم می کند.

علاوه بر این، در این تجسم، سیم‌پیچ‌های میدان 15 روتور 11 و سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 استاتورهای 12 و 13 از یک ماده ابررسانا تشکیل شده‌اند. با این حال، تنها برخی از آنها از مواد ابررسانا تشکیل شده اند، در حالی که برخی دیگر می توانند از مواد رسانای معمولی تشکیل شوند. در این حالت، فاصله بین سطح انتهایی چرخش روتور 11 و سطوح انتهایی استاتورهای 12 و 13 در سمت روتور را می توان بین 1 میلی متر تا 20 میلی متر تنظیم کرد. یعنی می توان بین آنها فاصله ایجاد کرد.

علاوه بر این، استاتورهای 12 و 13 و کلکتورهای شار 18 و 20 به طور جداگانه تشکیل می شوند. با این حال، هنگامی که استاتورهای 12 و 13 و کلکتورهای شار 18 و 20 از یک ماده تشکیل شده باشند، می توان آنها را به صورت یک تکه تشکیل داد. به عنوان مبرد، علاوه بر نیتروژن مایع، می توان از نئون مایع، هلیوم مایع یا موارد مشابه استفاده کرد.

تجسم دوم از اختراع در زیر توضیح داده شده است.

همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، تفاوت با تجسم اول این است که کلکتورهای شار 35 واقع در قسمت های توخالی سیم پیچ های میدان 15 روتور 11 فرورفته هستند تا از سطوح انتهایی سیم پیچ های میدان 15 بیرون نزنند.

اگر از این پیکربندی استفاده شود، کلکتورهای شار 35 از سطوح انتهایی جلوی سیم پیچ های میدان 15 بیرون نمی زند. بنابراین، نیروی جاذبه ناشی از نیروی مغناطیسی تقریباً بین استاتورهای 12 و 13 در هنگام مونتاژ و غیره ایجاد نمی شود. علاوه بر این، هیچ برخوردی بین روتور 11 و استاتورهای 12 یا 13 رخ نمی دهد. بنابراین، موقعیت یابی به راحتی انجام می شود در حالی که فاصله در یک فاصله از پیش تعیین شده حفظ می شود.

سومین تجسم اختراع در زیر توضیح داده شده است. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، تفاوت با تجسم اول این است که شکاف های هوا S در قسمت های توخالی سیم پیچ های آرمیچر 17 و 19 استاتورهای 12 و 13 وجود دارد.

اگر از این پیکربندی استفاده شود، اجسام مغناطیسی در قسمت‌های توخالی سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 در مقابل کلکتورهای شار 16 روتور 11 وجود ندارند و نیروی جاذبه ناشی از نیروی مغناطیسی بین عناصر میدان در طول مونتاژ ایجاد نمی‌شود. و مانند آن بنابراین، موقعیت یابی را می توان به راحتی انجام داد در حالی که شکاف بین روتور 11 و استاتورهای 12 و 13 در یک فاصله از پیش تعیین شده حفظ می شود.

به طور کلی، هنگامی که کلکتورهای شار در قسمت های توخالی سیم پیچ ها قرار می گیرند، میدان مغناطیسی افزایش می یابد. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، با این حال، شار مغناطیسی به سختی پس از تجاوز جریان از مقدار معینی افزایش می یابد. علاوه بر این، هنگامی که کلکتورهای شار ارائه نمی شوند، میدان مغناطیسی تمایل به افزایش دارد. یعنی، موتور سیم پیچ ابررسانای شکاف محوری 40 این تجسم می تواند گشتاور خروجی بالایی را زمانی که حد بالای جریان را می توان روی مقدار بالایی تنظیم کرد، به دست آورد. علاوه بر این، تا جایی که کلکتورهای جریان در نظر گرفته نشده است، می توان وزن موتور الکتریکی را کاهش داد. سایر قسمت های این تجسم مانند قسمت های تجسم اول است. بنابراین، شماره های مرجع یکسان به همان قسمت هایی که در تجسم اول ارائه شده است، داده شده است و شرح آن حذف شده است. علاوه بر این، از آنجایی که شرایط اولیه با توجه به وجود یا عدم وجود کلکتورهای شار تغییر می کند، شکل سیم پیچ ها نیز به طور قابل توجهی تغییر می کند. ذکر شده است که توضیح داده نشده است که ویژگی های عملکرد مطابق با وجود یا عدم وجود کلکتورهای شار تغییر می کند، زیرا از سیم پیچ های یکسان استفاده می شود.

در این تجسم، شکاف‌های هوا در بخش‌های توخالی سیم‌پیچ‌های آرمیچر 17 و 19 استاتورهای 12 و 13 ارائه می‌شوند. با این حال، حتی زمانی که اجسام غیر مغناطیسی مانند FRP یا موارد مشابه در قسمت‌های توخالی به‌عنوان تغییری در چیده می‌شوند. این تجسم، امکان به دست آوردن نتایج مشابه وجود دارد. به ویژه هنگامی که شکاف های هوا در قسمت های توخالی وجود ندارد، اما بدنه های غیر مغناطیسی در قسمت های توخالی ارائه می شود، سیم پیچ ها توسط بدنه های غیر مغناطیسی پشتیبانی می شوند تا استحکام بست بهبود یابد.

تجسم چهارم این اختراع در زیر توضیح داده شده است.

تفاوت با تجسم اول این است که استاتورهای 12 و 13 از FRP تشکیل شده اند که یک جسم غیر مغناطیسی است.

یعنی استاتورهای 12 و 13 از جسم مغناطیسی (مانند آهن) که وزن آن نسبتاً سنگین است، تشکیل نمی شوند، بلکه از یک جسم سبک غیر مغناطیسی مانند پلیمر یا مانند آن تشکیل شده اند. بنابراین می توان وزن موتور الکتریکی را کاهش داد. به ویژه، در بسیاری از موارد، یک موتور الکتریکی در مقیاس بزرگ برای استفاده در کشتی ها به عنوان یک موتور سنکرون سری جفت شده پیکربندی می شود که در آن روتورها و استاتورها به طور متناوب در جهت محوری قرار می گیرند. بنابراین با کاهش وزن استاتورهای 12 و 13 می توان وزن موتور الکتریکی را به میزان قابل توجهی کاهش داد. نتایج فوق العاده قابل توجه است. سایر قسمت‌های این تجسم مانند قسمت‌های تجسم اول است و بر این اساس شرح آن حذف خواهد شد.

در این تجسم، استاتورهای 12 و 13 از FRP تشکیل شده اند. با این حال، FRP را می توان در روتور 11 تشکیل داد. علاوه بر این، پیکربندی که در آن استاتورهای 12 و 13 و/یا روتور 11 از اجسام غیر مغناطیسی مانند FRP تشکیل شده اند را می توان برای همه تجسم های اختراع اعمال کرد.

تجسم پنجم از اختراع در زیر توضیح داده شده است.

همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، تفاوت‌ها با اولین تجسم این است که سیم‌پیچ‌های آرمیچر 54 ساخته شده از مواد ابررسانا روی روتور 51، سیم‌پیچ‌های میدانی 55 و 56 ساخته شده‌اند. مواد ابررسانا روی استاتورهای 52 و 53 و شکاف‌های هوای S در قسمت‌های توخالی سیم‌پیچ‌های آرمیچر 54 ارائه می‌شوند.

در این تجسم، روتور 51 موتور الکتریکی سیم پیچ ابررسانای شکاف محوری 50 شامل یک شفت چرخشی است که در مرکز آن ثابت شده است تا از مرکز عبور کند، تعداد زیادی سوراخ نصب سیم پیچ 51a که در فواصل منظم در جهت محیطی بر روی یک طرف محیطی بیرونی روتور 51، و تعداد زیادی سیم پیچ آرمیچر 54 که در سوراخ های نصب سیم پیچ 51a فرو رفته اند، سیم پیچ های آرمیچر از یک ماده ابررسانا ساخته شده اند. اساساً، تعداد زیادی از سیم‌پیچ‌های آرمیچر 54 در فواصل مساوی در جهت محیطی حول محوری ثابت می‌شوند به طوری که جهت شار مغناطیسی سیم‌پیچ‌های آرمیچر مربوطه 54 در جهت محوری هدایت می‌شوند. سیم‌پیچ‌های آرمیچر 54 طوری شکل می‌گیرند که از هر دو سطح جانبی روتور 51 بیرون نزنند. علاوه بر این، یک ماده ابررسانا مبتنی بر بیسموت یا ایتریوم به عنوان ماده ابررسانا برای تشکیل سیم‌پیچ‌های آرمیچر 54 استفاده می‌شود. سیم‌پیچ‌های آرمیچر مربوطه 54 به گونه‌ای پیکربندی شده‌اند که انرژی لازم را از یک منبع تغذیه تامین کنند (نمایش داده نشده است).

استاتورهای 52 و 53 دارای اشکال متقارن متقابل هستند. استاتورهای 52 و 53 که بر روی سطح پایه G ثابت شده‌اند شامل بخش‌های نصب سیم‌پیچ فرورفته 52a و 53a هستند که بر روی سطوح روتور روتورشان تشکیل شده‌اند، این بخش‌های نصب سیم‌پیچ فرورفته 52a و 53a در فواصل منظم در جهت محیطی در قسمت بیرونی شکل می‌گیرند. سمت. تعداد زیادی از سیم‌پیچ‌های میدانی 55 و 56 که از مواد ابررسانا ساخته شده‌اند، به ترتیب در قسمت‌های نصب سیم‌پیچ غرق‌شده 52a و 53a فرو رفته‌اند. اساساً تعداد زیادی از سیم پیچ های میدان 55 و 56 در فواصل مساوی در جهت دایره ای حول یک محور ثابت می شوند به گونه ای که جهت شار مغناطیسی آنها در جهت محوری باشد. در قسمت های توخالی سیم پیچ های تحریک مربوطه 55 و 56 کلکتورهای شار (جسم مغناطیسی) 18 و 20 ساخته شده از پرمندور وجود دارد. هر یک از کلکتورهای شار 18 و 20 و سیم پیچ های میدان 55 و 56 طوری ساخته شده اند که از سطوح جانبی استاتورهای 52 و 53 بیرون نزنند. سیم پیچ های میدان 55 و 56 به گونه ای پیکربندی شده اند که انرژی لازم را از منبع تغذیه تامین کنند. (نمایش داده نشده).

ماده برای استاتورهای 52 و 53 یک ماده مغناطیسی مانند پرمندور، فولاد سیلیکونی، آهن یا پرمالوی است که به عنوان یک مسابقه عقب عمل می کند. علاوه بر این، یک ماده ابررسانا مبتنی بر بیسموت یا ایتریوم به عنوان ماده ابررسانا برای تشکیل سیم پیچ های میدان 55 و 56 استفاده می شود.

تغییرات بین تجسم‌های توصیف‌شده در بالا، به عنوان مثال، وجود یا عدم وجود کلکتورهای شار در بخش‌های توخالی سیم‌پیچ‌ها، مواد روتور و/یا استاتورها و موارد مشابه نیز ممکن است در موردی که سیم‌پیچ‌های میدانی 55 و 56 هستند اعمال شود. در استاتورهای 52 و 53، مانند اجرای این تجسم، ارائه شده است.

علاوه بر این، در این تجسم و تجسم سوم که در بالا توضیح داده شد، هر یک از روتورها و استاتورها حاوی اجسام مغناطیسی هستند که در قسمت های توخالی سیم پیچ های خود قرار دارند. با این حال، روتور و استاتور ممکن است دارای شکاف‌های هوا (یا اجسام غیر مغناطیسی مانند FRP) باشند که در قسمت‌های توخالی سیم‌پیچ‌هایشان، در غیاب اجسام مغناطیسی تشکیل شده‌اند.

ششمین تجسم اختراع در زیر توضیح داده شده است.

همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، تفاوت با اولین تجسم این است که آهنرباهای دائمی 33 ساخته شده از ماده ای غیر از یک ماده ابررسانا به عنوان عناصر محرک برای نصب روی روتور 11 استفاده می شوند. سوراخ‌ها. بست‌های 11a، که در روتور 11 اینچ در فواصل مساوی در جهت دایره‌ای روتور ارائه می‌شوند. در این حالت، جهت شار مغناطیسی آهنرباهای دائمی 33 در جهت محوری روتور 11 اینچ هدایت می شود.

اگر از این تجسم استفاده شود، آهنرباهای دائمی 33 را می توان به سادگی بر روی روتور 11 مرتب کرد. بنابراین، راندمان تولید موتور سیم پیچ ابررسانا 60 از نوع شکاف محوری بهبود می یابد. علاوه بر این، دستگاهی برای تامین برق عناصر تحریک یا ساختار خنک کننده مورد نیاز نیست، که باعث می شود طراحی موتور الکتریکی ساده شود.

علاوه بر این، اگرچه از آهنرباهای دائمی 33 به عنوان عناصر تحریک استفاده می شود، تا زمانی که توان خروجی بین 1 کیلو وات تا 5 مگاوات باشد، می توان به طور موثر هر موقعیتی را مدیریت کرد. علاوه بر این، در مقایسه با زمانی که سیم پیچ ها به عنوان سیم پیچ های میدانی 33 مانند اولین تجسم استفاده می شوند، می توان اندازه موتور الکتریکی را کاهش داد.

سایر قطعات و نتایج عملیاتی این تجسم مانند موارد تجسم اول است. بنابراین، شماره‌های مرجع یکسانی به همان قسمت‌های تجسم اول داده می‌شود و شرح آن بر این اساس حذف شده است.

پیکربندی که در آن عناصر محرک به جای سیم پیچ، اجسام مغناطیسی هستند ممکن است برای تجسم های سوم تا پنجم اعمال شود.

کاربرد صنعتی

موتور سیم پیچ ابررسانای شکاف محوری اختراع می تواند به توان خروجی بالایی دست یابد و اندازه آن را کاهش دهد. بنابراین، موتور الکتریکی به طور مناسب به عنوان موتور محرک برای وسایل نقلیه حمل و نقل مانند اتومبیل، قطار و کشتی استفاده می شود. به طور خاص، موتور الکتریکی به طور مناسب به عنوان یک موتور محرکه برای کشتی ها استفاده می شود.

1. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری، حاوی
استاتورها با شکاف های هوای مورد نیاز در جهت محوری روتور مرتب شده اند تا در مقابل یکدیگر قرار گیرند.
تعدادی از عناصر تحریکی که بر روی هر یک از روتورها و استاتورها در اطراف محور روتور قرار دارند،
تعداد زیادی از سیم‌پیچ‌های آرمیچر که روی یکی دیگر حول محور قرار دارند، در حالی که
شارهای مغناطیسی تولید شده توسط تعدادی از عناصر تحریک و تعداد زیادی سیم پیچ آرمیچر در جهت محوری هدایت می شوند، سیم پیچ های آرمیچر از مواد ابررسانا ساخته شده اند.
در قسمت های توخالی سیم پیچ های آرمیچر کلکتورهای شار وجود دارد که به شکل اجسام مغناطیسی ساخته شده اند.

2. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 1 که در آن
عناصر تحریک، سیم پیچ های تحریکی هستند که از مواد ابررسانا تشکیل شده اند.

3. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 1 که در آن
عناصر تحریک آهنرباهای دائمی هستند.

4. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 1 که در آن
استاتورها در دو طرف روتور در جهت محوری روتور قرار دارند.
یک شفت دوار ثابت در روتور معلق است تا از یاتاقان های استاتور عبور کند و
عناصر تحریک و سیم پیچ های آرمیچر در یک محور با شکاف های هوا در جهت محوری قرار دارند.

5. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 2 که در آن
در قسمت های توخالی سیم پیچ های میدان، جمع کننده های شار وجود دارد که به شکل اجسام مغناطیسی ساخته شده اند.

6. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 5 که در آن
لبه‌های جلویی کلکتورهای شار در همان موقعیت‌هایی نصب می‌شوند که سطوح لبه جلویی سیم‌پیچ‌های میدان که در آن کلکتورهای شار قرار دارند، یا در موقعیت‌هایی که از سطوح لبه جلویی سیم‌پیچ‌های میدان امتداد دارند، نصب می‌شوند.

7. موتور الکتریکی با سیم پیچی ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 1 که در آن
لبه‌های جلویی کلکتورهای شار در همان موقعیت‌هایی نصب می‌شوند که سطوح لبه جلویی سیم‌پیچ‌های آرمیچر در جایی که کلکتورهای شار قرار دارند، یا در موقعیت‌هایی که از سطوح لبه جلویی سیم‌پیچ‌های آرمیچر امتداد دارند، نصب می‌شوند.

8. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 1 که در آن
استاتورها و/یا روتور از یک جسم مغناطیسی تشکیل شده اند.

9. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق یکی از ادعاهای 1، 5 و 8، که در آن
برای بدنه مغناطیسی، ماده ای با چگالی شار مغناطیسی بالا / نفوذپذیری مغناطیسی بالا استفاده می شود.

10. موتور الکتریکی با سیم پیچ ابررسانا با شکاف محوری طبق ادعای 9 که در آن
ماده ای با چگالی شار مغناطیسی بالا / نفوذپذیری مغناطیسی بالا پرمندور است.

این اختراع مربوط به رشته مهندسی برق است، یعنی ماشین های الکتریکی با سوئیچینگ بدون تماس که با استفاده از دستگاه های نیمه هادی انجام می شود، و می تواند برای محرک های الکتریکی، به عنوان مثال، در سیستم های پیشران الکتریکی کشتی های دریایی، زیردریایی ها، در محرک های کششی موبایل الکتریکی استفاده شود. وسایل نقلیه زمینی، دستگاه های بالابر، درایو پمپ ها، فن ها، ابزار برقی و غیره.

این اختراع مربوط به رشته مهندسی برق، به ویژه ماشین های الکتریکی است و مربوط به اجرای موتورهای الکتریکی با سیم پیچی ابررسانا و با شکاف محوری، به طور دقیق تر، موتورهای الکتریکی با گشتاور بالا است که به عنوان مثال استفاده می شود. رانندگی برای ماشین ها و کشتی ها

پروژه "انرژی نوآورانه / صنعت ابررسانا"

بر اساس پیش بینی کارشناسان (WORLD ENERGY OUTLOOK FACTSHEET؛ IEA)، مصرف جهانی برق برای دوره 2011-2035. به گفته وزارت انرژی روسیه، تلفات برق در سیستم انرژی روسیه بین 13 تا 15 درصد برآورد شده است. پروژه شرکت دولتی Rosatom "انرژی نوآورانه / صنعت ابررسانا" با هدف ایجاد یک پایگاه فنی نوآورانه برای بهبود بهره وری انرژی در اقتصاد کشور است.

این پروژه در چارچوب کمیسیون زیر نظر رئیس جمهور فدراسیون روسیه برای نوسازی و توسعه فناوری اقتصاد روسیه در حوزه اولویت "کارایی انرژی" در اکتبر 2009 با دوره اجرایی 2010-2015 تصویب شد.

شرکت Rosatom State Corporation برای حذف انبوه پیشرفت‌های داخلی در ابررساناهای با دمای بالا نسل دوم (HTSC-2)، فناوری تولید چنین ابررساناهایی را از شرکت آلمانی Bruker HTS به دست آورد. وظیفه ایجاد پایه‌های یک صنعت ابررساناهای نوآورانه تا سال 2015، توسعه تعدادی از دستگاه‌های نمونه اولیه بر اساس اثر ابررسانایی در دمای بالا، و پایه‌گذاری پایه‌های تولید صنعتی ابررساناهای نسل دوم با دمای بالا تعیین شد.

بیش از 20 سازمان علمی، صنعتی و طراحی در این کار شرکت کردند، از جمله: IAE، NIIEFA، IHEP، FIAN، IMET، KIPT، IMP SB RAS، VEI، VNIINM، VNIIKP، NIITFA، Kristall، UMP، ChMZ، Kirskabel، Elektrosila. ، MEPhI، MAI، SUAI، MISiS و غیره

شکل 1 مراحل پروژه 2010-2015 [توسعه فناوری‌های ابررسانا در شرکت دولتی Rosatom بر اساس HTSP-2، Pantsyrny V.I.، Avdienko A.A. JSC "Superconductor روسیه"، V مجتمع علمی و تولیدی همه روسی "اصول و مکانیسم های تشکیل یک سیستم ملی نوآوری"، Dubna 2014]

در چارچوب پروژه «صنعت ابررسانا» وظایف زیر تعیین شد:

برای توسعه فناوری های داخلی برای تولید ابررساناهای با دمای بالا (HTSC) با استفاده از روش فرسایش لیزری پالسی،

برای توسعه نمونه اولیه دستگاه های ابررسانا برای اهداف انرژی بر اساس HTSC:

محدود کننده های جریان اتصال کوتاه ابررسانا از انواع مقاومتی و القایی برای شبکه های DC و AC با توان در محدوده 5 تا 35 مگاوات.

موتور 200 کیلووات،

ژنراتور 1 مگاواتی،

ترانسفورماتور با توان 1000 کیلو ولت آمپر،

دستگاه ذخیره انرژی القایی با ظرفیت انرژی 1 مگا ژول،

دستگاه ذخیره انرژی جنبشی با ظرفیت انرژی بیش از 5 مگاژول،

جریان به سیستم های برودتی با ظرفیت حمل جریان 15 کیلو آمپر منتهی می شود.

در آینده ایجاد تولید تجهیزات الکتریکی بر پایه ابررساناهای با دمای بالا مورد توجه قرار گرفته است. حوزه های کلیدی از دیدگاه انرژی تجاری، استفاده از ابررساناها برای ایجاد کابل ها و مهندسی برق قدرت و دستگاه های ذخیره انرژی الکتریکی (دستگاه های ذخیره سازی القایی و جنبشی) است.

کابل های ابررسانا به دلیل تلفات انرژی بسیار کم و جریان های زیاد، بهره وری انرژی تاسیسات شبکه را به سطح جدیدی می رساند. شرایط اساساً جدیدی برای مکان تأسیسات تولید و صادرات برق در حال ظهور است. تجهیزات الکتریکی و نیروگاه ها بر اساس اثر ابررسانایی باعث افزایش شاخص های راندمان در حمل و نقل ریلی و دریایی، انرژی، نفت و گاز، تولید و غیره می شوند. تاسیسات ذخیره سازی برودتی؛ سکوهای فضایی؛ دستگاه های ذخیره انرژی جنبشی قطارهایی که از اثر شناور مغناطیسی (MagLev) استفاده می کنند می توانند به سرعت 1000 کیلومتر در ساعت برسند. یکی دیگر از کاربردهای ابررسانایی می تواند یک کامپیوتر کوانتومی ابررسانا باشد.

به گفته رئیس JSC Russian Superconductor V.I. Pantsyrny، استفاده از ابررساناها به روسیه اجازه می دهد تا با کاهش تلفات برق به میزان قابل توجهی صرفه جویی کند.

زمینه

دانشمندان هسته ای مدت زیادی است که روی فناوری ایجاد مواد ابررسانا کار می کنند. از دهه 1970، ابررساناهای فنی توسط مؤسسه کورچاتوف و مؤسسه ای به نام توسعه یافتند. A.A. بوچوارا. از دهه 1960 مشکلات ابررسانایی فنی توسط NIIEFA به نام خود رسیدگی می شود. D. V. Efremova، که جهت اصلی او ایجاد سیستم های مغناطیسی برای راکتورهای گرما هسته ای بود. توسعه یافته در VNIINM به نام. A. A. Bochvara، فن آوری های مواد ابررسانا کامپوزیت به تولید صنعتی معرفی شد. ابررساناهای دمای پایین (LTSC) مبتنی بر آلیاژ ابررسانا NbTi و Nb 3 Sn بین فلزی که در دمای هلیوم مایع 4.2 کلوین (-268.9 درجه سانتیگراد) کار می کنند، در اتحاد جماهیر شوروی برای ایجاد اولین توکاماک بزرگ جهان (حلقه ای) استفاده شدند. محفظه هایی با سیم پیچ های مغناطیسی) ) T-7 و T-15 با سیستم های مغناطیسی ابررسانا.

40 سال تجربه در زمینه NTSP مرکب به روسیه اجازه داد تا در پروژه بین المللی ایجاد رآکتور حرارتی ITER شرکت کند. روسیه در کنار شرکت های پیشرو در اروپا، ایالات متحده آمریکا و ژاپن به یکی از تولیدکنندگان ابررسانا تبدیل شده است. برای اطمینان از تامین مواد ابررسانا برای سیستم مغناطیسی ITER، تولید صنعتی NTSP با ظرفیت 60 تن در سال مواد ابررسانا بر اساس کارخانه مکانیکی Chepetsk (ChMZ) سازماندهی شد. از زمان شروع تولید در سال 2009، 99 تن مواد ابررسانا بر اساس Nb 3 Sn و ~ 125 تن بر اساس Nb-Ti برای ITER تولید شده است.

یکی دیگر از مصرف کنندگان کلیدی ابررساناهای با دمای پایین، تولید اسکنرهای تصویربرداری تشدید مغناطیسی پزشکی است.

در دهه 1990. مرحله جدیدی در توسعه ابررسانایی آغاز شد. دانشمندان A. Muller و J. Bednorz از آزمایشگاه تحقیقاتی IBM در سوئیس در 1985-1986. سرامیک اکسید فلز سنتز شده - ترکیبی از لانتانیم، باریم، مس و اکسیژن (La-Ba-Cu-O) ) ، که ابررسانایی را در دمای 35 کلوین نشان داد. جهان در تب جست‌وجوی ابررساناهای جدید گرفتار شده بود. دمای بحرانی از 45 K برای ترکیب La-Sr-Cu-O به 52 K برای La-Ba-Cu-O (تحت فشار) افزایش یافت. در فوریه 1987، پل چو آمریکایی ترکیب YBa 2 Cu 3 O 7 را سنتز کرد. , دمای بحرانی آن به 93K رسید و از "خط نیتروژن" عبور کرد. کشف ابررساناهای با دمای بالا (HTSCs) محدودیت دمایی ابررسانایی را به نقطه جوش نیتروژن مایع (77 K) رساند، یک مایع برودتی بسیار ارزان‌تر، که همچنین دارای خواص دی الکتریک بالا قابل مقایسه با روغن ترانسفورماتور است. از 1 ژانویه 2006، رکورد متعلق به ترکیب سرامیکی Hg-Ba-Ca-Cu-O(F) بود که دمای بحرانی آن 138 K است. در فشار 400 کیلوبار، همان ترکیب یک ابررسانا در دماهای تا 166 کیلوژول Bednorz و K. Müller در سال 1987 جایزه نوبل فیزیک را برای کشف ابررسانایی در دمای بالا (HTSC) دریافت کردند.

به عنوان یک محصول تجاری، نوار HTSC در اواخر دهه 2000 در بازار جهانی ظاهر شد. نمونه هایی از سیم ها و کابل های HTSC ایجاد شد. موتورهای HTSC، ژنراتورها، محدودکننده‌های جریان، سیستم‌های اطلاعاتی، آرایه‌های آنتن، یاتاقان‌های ابررسانا و سایر محصولات بر اساس سرامیک‌های ابررسانا ساخته شدند. در سال 2004، نمونه های اولیه ابررسانا از تمام دستگاه های الکتریکی ساخته شد.

محدود کننده های جریان مقاومتی مبتنی بر نوارهای HTSP-2 ساخت شرکت آمریکایی SuperPower در سال 2013 به شبکه Silicon Valley Power در کالیفرنیا متصل شدند. محدود کننده جریان دیگری در ژوئن 2014 به شبکه Central Hudson در ایالت نیویورک متصل شد. کابل ابررسانای صنعتی به طول 1 کیلومتر که دو پست شهری را به هم متصل می کند، در سپتامبر 2014 در اسن آلمان راه اندازی شد. کابل سه فاز 10000 ولت متحدالمرکز پروژه AmpaCity برای انتقال 40 مگاوات برق طراحی شده است.

اهداف پروژه "صنعت ابررسانا".

شرکت مادر برای اجرای پروژه توسط شرکت دولتی Rosatom تایید شد، هماهنگی کار به JSC Russian Superconductor واگذار شد، مدیریت علمی به موسسه مرکز تحقیقات ملی Kurchatov واگذار شد.

شماره 1 در این برنامه «توسعه فناوری‌ها و ایجاد تولید آزمایشی ابررساناهای نوار بلند با دمای بالا نسل دوم (HTSC-2) و سرامیک‌های حجیم برای تولید HTSC بود. JSC NIIEFA و JSC NIITFA به عنوان پیمانکاران اصلی عمل کردند؛ توسعه دهندگان فناوری برای محصولات نیمه تمام HTSP-2 JSC VNIINM، JSC GIREDMET بودند.

این صنعت دو نوع ماده بر اساس ابررسانایی با دمای بالا تولید می کند - مواد نسل اول و دوم HTSC. HTSCهای نسل اول نوارهایی هستند که از رشته‌های ابررسانا مبتنی بر اکسید بیسموت که در یک ماتریس نقره کاشته شده‌اند، تشکیل شده‌اند. معایب آنها وجود شارهای حرارتی زیاد و شکنندگی مکانیکی و همچنین هزینه بالا به دلیل ماتریس نقره است.

نوارهای HTSC نسل دوم ساختار لایه ای دارند. یک لایه بافر برای محافظت از سطح فلز، یک لایه HTSC و یک لایه محافظ به طور متوالی روی پایه اعمال می شود - یک نوار فلزی. نوارهای نسل دوم HTSC در مقایسه با نوارهای HTSC-1 مزایای زیادی دارند:

هزینه کمتر (مواد ارزان تر)؛

چگالی جریان بحرانی بالاتر و تلفات AC کمتر.

استحکام مکانیکی بیشتر؛

توانایی کار در میدان های مغناطیسی قوی.

بر اساس یک کارخانه آزمایشی برای تولید نوارهای HTSC-2 خریداری شده از شرکت آلمانی Brucker HTS، یک خط آزمایشی برای تولید نوارهای HTSC-2 به عرض 4 میلی متر و طول 100 متر در مرکز تحقیقات موسسه کورچاتوف نصب شد. شکل 2).

تولید آزمایشی مواد ابررسانا با دمای بالا توسط Rosatom در سه سایت سازماندهی شد:

JSC VNIINM یک نوار بستر تولید می کند که یک لایه جهت دار در NIITFA روی آن اعمال می شود. در آنجا، VNIINM یک فناوری برای ساخت انواع اهداف برای رسوب لایه های بافر و ابررسانا توسعه داد.

JSC NIITFA یک سایت تولید آزمایشی برای نوارهای بستر تا طول 1000 متر با پوشش بافر گرا بر اساس کندوپاش یونی جهت دار راه اندازی می کند.

در JSC NIIEFA سایتی برای تولید آزمایشی نوارهای HTSC-2 تا 1000 متر وجود دارد (شکل 3)، که در آن لایه های باقیمانده، از جمله یک لایه سرامیک اکسید ابررسانا، با اسپری لیزری روی نوار اعمال می شود.

تولید آزمایشی HTSC-2 با طول طولانی در NIIEFA و NIITFA در سال 2015 راه اندازی شد. این استراتژی ایجاد یک مرکز علمی در سطح جهانی در روسیه برای علم مواد ابررساناهای با دمای بالا را امکان پذیر ساخت تا توسعه و تولید صنعتی منحصر به فرد ایجاد کند. تجهیزات مقیاس برای تولید هادی های نواری HTSC-2. فن آوری های داخلی توسعه یافت و سایت های آزمایشی برای تولید مواد اولیه لازم ایجاد شد. JSC Russian Superconductor تولید آزمایشی ابررساناهای فله ای با دمای بالا را راه اندازی کرده است.

شکل 2 خط تولید HTSC-2 تا طول 100 متر

برنامه ریزی شده است که تولید صنعتی HTSP-2 بر اساس ChMZ ایجاد شود. کارخانه مکانیکی Chepetsk دارای پتانسیل فناوری بالایی برای اجرای پروژه های با فناوری پیشرفته در زمینه های مختلف کاربردی از جمله ابررسانایی با دمای بالا است، بنابراین در سال 2012 به TVEL OJSC و ChMZ OJSC سپرده شد تا داده های اولیه را جمع آوری کرده و یک فنی و اقتصادی اولیه را انجام دهند. ارزیابی ایجاد یک تولید صنعتی جدید VTSP-2.

برای تجاری سازی موفقیت آمیز فناوری های HTSC، دستگاه های الکتریکی مختلفی (موتورها و ژنراتورها، محدود کننده های جریان، دستگاه های ذخیره انرژی و غیره) باید توسعه داده شوند که مصرف کنندگان به آنها علاقه مند شوند، زیرا در آینده استفاده از آنها هزینه یک کیلووات را کاهش می دهد. ساعت برای مصرف کننده

در مقایسه با سیم مسی با همان اندازه، کابل HTS می تواند

با وجود سیستم خنک کننده، 5 برابر بیشتر انرژی منتقل می کند.

هزینه های اضافی دستگاه های ابررسانا با افزایش بازده انرژی آنها جبران می شود. برای انتقال 300 مگاوات برق به

ولتاژ توزیع 10-20 کیلو ولت، شما به 36 کابل معمولی نیاز دارید که در یک کانال کابلی تا عرض 8 متر گذاشته می شود. همان توان را می توان با یک کابل HTSC که قطر آن 11 سانتی متر است، با در نظر گرفتن سیستم خنک کننده.

Superconductor روسیه با استفاده از مثال استفاده از کابل HTSC در زیرساخت شبکه مسکو نشان داد که این راه حل ها در مقایسه با فناوری های سنتی 20 درصد ارزان تر هستند. مرکز علمی و فنی شرکت شبکه فدرال (STC FSK) فرمت جدیدی از خط انتقال برق را برای مسکو، سن پترزبورگ و سایر شهرهای بزرگ روسیه توسعه داده است - خطوط برق DC کابلی مبتنی بر ابررسانایی با دمای بالا (HTSC- CLPT). HTSC-CLPT در مواردی استفاده می شود که لازم است جریان های بزرگ برق در ولتاژ پایین (10 کیلو ولت یا 20 کیلو ولت) مستقیماً از اتوبوس های ولتاژ ژنراتور نیروگاه های حرارتی یا اتوبوس های پست های تغذیه توزیع شود. در عین حال، این طرح شامل ترانسفورماتورهای گام به گام و گام به گام لازم برای انتقال توان قابل توجه (به عنوان مثال، 20/110 کیلو ولت و 110/20 کیلوولت) نمی شود و ساخت خطوط هوایی برق شهری را حذف یا جایگزین می کند. فضا. کابل‌های ابررسانا با دمای بالا، کاهش قابل توجه تلفات در شبکه‌های قدرت را ممکن می‌سازند، در حالی که محدودکننده‌های جریان ابررسانا به طور قابل‌توجهی قابلیت اطمینان منبع تغذیه را افزایش می‌دهند.

شکل 3 تجهیزات تولید آزمایشی VTSP-2 با طول تا 1000 متر بر اساس رسوب لیزری (NIIEFA)

یکی دیگر از بخش های امیدوار کننده برای استفاده از ابررساناها، حمل و نقل است. در سال 2014، Rosatom توافق نامه ای را با راه آهن روسیه در مورد همکاری علمی و فنی امضا کرد که شامل ایجاد دستگاه های HTSC بود:

تاسیسات برقی لکوموتیوها

محدود کننده های جریان برای پست های کششی،

استفاده از اثر شناور مغناطیسی برای قطارهای پرسرعت

در حمل و نقل شهری استفاده از موتورهای ابررسانا و وسایل ذخیره انرژی در اتوبوس های برقی مورد توجه است.

کار بر روی استفاده از ابررساناهای با دمای بالا در کشتی سازی برای سیستم های نیروی محرکه الکتریکی و در هوانوردی برای ایجاد هواپیماهای کاملاً الکتریکی در حال انجام است.

برای تولید انرژی نوآورانه بر اساس منابع انرژی تجدیدپذیر (RES)، ایجاد ژنراتورهای ابررسانا برای توربین‌های بادی پرقدرت (WPP) نویدبخش است که می‌تواند وزن و ابعاد تاسیسات را در مقایسه با ژنراتورهای سنتی به طور قابل‌توجهی کاهش دهد. بهترین گزینه ایجاد مجتمع های خودمختار - توربین های بادی با ژنراتور ابررسانا و دستگاه ذخیره انرژی است.

بر اساس برآوردهای وی. آی. پانسیرنی، مدیر توسعه سوپررسانا روسی، حجم بازار HTSC از 1.8 میلیارد دلار در سال 2015 به 5.8 میلیارد دلار تا سال 2022 خواهد رسید. و تا سال 2040، حجم کل تقاضا برای فناوری HTSC به 6- خواهد رسید. 17 میلیارد دلار

مزایای ماشین های الکتریکی ابررسانا

مزایای ماشین های الکتریکی ابررسانا که در همه انواع رایج است به شرح زیر است:

کاهش تلفات و افزایش کارایی (تا 0.5-1.0٪)،

ویژگی های وزن و اندازه بهبود یافته (2-3 بار)،

مقادیر راکتانس کاهش یافته،

کاهش مصرف انرژی در طول فرآیند تولید (تا 30٪)،

روند پیری کندتر عایق الکتریکی،

ایمنی محیط زیست.

دستگاه های الکتریکی مبتنی بر HTSC

یک نمونه اولیه از یک محدود کننده جریان اتصال کوتاه (SOT) برای شبکه های 3.5/10/35 کیلوولت در NIITFA - SOT بر اساس نوع مقاومتی HTSC-2 برای ولتاژ ثابت 3.5 کیلو ولت، جریان نامی 2 کیلو آمپر توسعه داده شد. تولید آزمایشی پژوهشکده فیزیک فنی و اتوماسیون توانایی تولید 10-15 SOT در سال را دارد. SOT که بر اساس نتایج آزمایش نمونه اولیه اصلاح شده است، در سیستم منبع تغذیه کششی راه آهن استفاده خواهد شد.

معرفی منابع انرژی جایگزین نیازمند راه حل های ویژه ای برای گنجاندن آنها در شبکه های انرژی موجود است، از جمله موضوع ذخیره انرژی. دستگاه های ذخیره انرژی ابررسانا نیز برای ایجاد منابع تغذیه بدون وقفه و به عنوان عناصر سیستم های قدرت حمل و نقل استفاده می شوند. توسعه یک دستگاه ذخیره انرژی جنبشی (KES) با تعلیق مغناطیسی ابررسانا توسط موسسه هوانوردی مسکو انجام شد. نمونه اولیه CNE با ظرفیت انرژی 5 MJ با تعلیق مغناطیسی HTSC در دسامبر 2015 در میز آزمایش NIIEM JSC (Istra) آزمایش شد.

MAI همچنین یک موتور الکتریکی ابررسانا برای سیستم های حمل و نقل توسعه داده است. کاهش پارامترهای وزن و اندازه وسایل الکتریکی با استفاده از مواد HTSC یک مزیت بسیار مهم در هنگام استفاده در حمل و نقل (هوانوردی، دریایی، راه آهن، خودرو) است. شکل 4 نمونه اولیه یک موتور الکتریکی HTSC سنکرون 200 کیلوواتی را با سیم پیچ های تحریک HTSC-2 روی روتور و یک کرایوستات چرخان نشان می دهد. دمای عملکرد سیستم مغناطیسی HTSC-2 77K است.

شکل 4 موتور الکتریکی HTSC با قدرت 200 کیلو وات (MAI)

توسعه انرژی بادی در سراسر جهان، از جمله در روسیه، شتاب بیشتری به دست می‌آورد. بر اساس نتایج یک مسابقه برای ساخت تأسیساتی که بر اساس منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) کار می‌کنند، VetroOGK (بخشی از شرکت دولتی Rosatom) حق ساخت 15 مزرعه بادی با مجموع ظرفیت نصب شده 360 مگاوات را دریافت کرد. تاسیسات تولید برق بادی قرار است در منطقه کراسنودار و آدیگه، دو تاسیسات در منطقه کورگان ساخته شود. انرژی بادی نیز برای تأسیسات اقتصادی در سواحل قطب شمال مورد تقاضا خواهد بود. بخشی از شرکت Elektrosfera، Vetropark Engineering، قصد داشت یک نیروگاه بادی متشکل از 30 توربین بادی در قلمرو سد سن پترزبورگ بسازد. ظرفیت کل مزرعه بادی 100 مگاوات بود. در حال حاضر، مزرعه بادی در مرحله پروژه باقی مانده است.

تیمی از متخصصان MAI تحت رهبری K.L. Kovalev (با همکاری کارکنان NIIEM، AKB "Yakor"، GUAP، NIF "Cryomagnet") یک ژنراتور سنکرون HTSC فشرده برای نیروگاه های بادی با ظرفیت 1 MVA با HTSP- ایجاد کردند. 2 سیم پیچ تحریک روی روتور و یک کرایوستات در حال چرخش. دمای عملیاتی سیستم HTSC-2 77K است.

کاهش تلفات انرژی برای هر ژنراتور 6 مگاواتی 170 کیلووات خواهد بود. هنگام کار با 6000 ساعت در سال، پس انداز 3 میلیون روبل در سال برای هر ژنراتور خواهد بود. وزن و ابعاد ژنراتورهای ابررسانا با توان برابر 3-4 برابر کوچکتر از ژنراتورهای سنتی است.

در سن پترزبورگ “NIIEFA به نام. D.V. Efremova" یک دستگاه ذخیره انرژی القایی (SPIN) با سیستم مغناطیسی HTSC-2 با ظرفیت انرژی 1 MJ و توان 1 MVA ایجاد شد (شکل 5).

دستگاه های ذخیره ابررسانای القایی انرژی را به شکل میدان مغناطیسی در سیستم های مغناطیسی سلونوئیدی یا حلقوی ذخیره می کنند. و آنها به شما امکان می دهند به سرعت انرژی ذخیره شده را حذف کنید، که برای سیستم های پالس خاص مهم است.

توسعه SPIN ها به عنوان منابع تغذیه سوئیچینگ برای دستگاه هایی با توان 10 11 -10 12 وات در جریان های 1-6 MA با مدت زمان پالس 1-100 میلی ثانیه در NIIEFA از دهه 1970 انجام شده است. فن آوری های مدرن امکان ایجاد شیر برقی با انرژی ذخیره شده 12-17 MJ را فراهم کرده است. امکان تولید منابع جاری با انرژی ذخیره شده تا 30 مگا ژول و توان 1 تا 5 مگاوات برای استفاده در شبکه های محلی .

شکل 5 HTSC SPIN 1 MJ

یک جهت جالب در فناوری ابررسانا، استفاده از اثر شناور برای حمل و نقل با سرعت بالا است. چین و ژاپن این کار را انجام می دهند. پس از یک زلزله شدید، که طی آن مونوریل در مدار آزمایشی در اوزاکا بسیار آسیب دیده بود، ژاپنی ها ترجیح دادند که بر روی سیستم تعلیق ابررسانا با دمای بالا (HTSC) حمل و نقل کنند. خود قطار با سیستم تعلیق HTSC یک ماشین الکتریکی است و مسیر قطار در واقع یک سیم پیچی استاتور است. آنچه در رینگ آزمایشی در ژاپن پس از زلزله آسیب دیده بود، به سرعت تعمیر شد.

در نمایشگاه نمایشگاه انجمن بین المللی "ATOMEXPO 2017" (مسکو، ژوئن 2017)، در میان محصولات و فناوری های نوآورانه صنعت هسته ای، مدلی از سیستم های شناور مغناطیسی با کاهش مصرف برق به بازدیدکنندگان ارائه شد که بر اساس اصل کار می کنند. ابررسانایی، همچنین توسط متخصصان JSC NIIEFA ایجاد شده است.

در چارچوب پروژه «صنعت ابررسانا»، موسسه انرژی به نام. G.M. Krzhizhanovsky (JSC ENIN) نمونه اولیه یک ترانسفورماتور ابررسانا را توسعه داد.

بدون پیری عایق؛ امکان اضافه بار مضاعف کوتاه مدت؛ امکان به دست آوردن مقدار ولتاژ اتصال کوتاه کمتر؛ وزن و ابعاد سبک تر نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی از مزایای بارز ترانسفورماتورهای قدرت مبتنی بر مواد HTSC است. تلفات بار در ترانسفورماتورهای HTSC در جریان نامی 80-90٪ کمتر، وزن کل ~ 2 برابر کمتر و ابعاد 2-3 برابر کمتر است، که نصب چنین ترانسفورماتورهایی را در سیستم های قدرت برای اهداف حمل و نقل ممکن می کند.

نمونه اولیه یک ترانسفورماتور سه فاز HTSC با توان 1 MVA، کلاس ولتاژ 10/0.4 کیلو ولت با سیم پیچی HTSC-2 و یک هسته مغناطیسی ساخته شده از فولاد آمورف ایجاد شد. دمای کار سیم پیچ های HTSC-2 77K است.

ترانسفورماتورهای HTS برای کشورهای دارای سیستم حمل و نقل ریلی با تونل، یعنی محدودیت در ابعاد (کره، ژاپن، سوئیس) بیشترین علاقه را دارند.

یکی از مناطق امیدوارکننده برای توسعه انرژی هسته‌ای، راکتورهای گرما هسته‌ای با محصور شدن پلاسمای مغناطیسی است که در سیستم مغناطیسی آن‌ها هم از ابررساناهای دمای پایین و هم در دمای بالا استفاده می‌شود. سرنخ های جریان بر اساس مواد HTSC به عنوان سیم های جریان طراحی شده برای عبور جریان های ده ها کیلو آمپر استفاده می شود.

سرنخ های جریان HTSC برای سیستم های NTSC توسط تیم Kurchatov NBICS تحت رهبری V.E. Keilin (1933/02/26 - 2014/11/24) توسعه داده شد. در سال‌های اخیر، V.E. Keilin نقش فعالی در ایجاد دستگاه‌هایی در صنعت HTSC داشته است: سیم‌های جریان قدرتمند با دمای بالا، خطوط برق ابررسانا، سیم‌های جریان برای برخورد دهنده NICA در Dubna. کار او در مورد کرایواستات برای آهنرباهای ابررسانا و جریان های جریان بالا به طور گسترده ای شناخته شده بود و هنوز هم کلاسیک در نظر گرفته می شود.

چندین نوع لید جریان HTSC ایجاد شده است:

برای فناوری شتاب دهنده،

برای دستگاه های همجوشی حرارتی،

کاربردهای برق (کوپلینگ کابل HTSP)،

سیم جریان HTSP-2 انعطاف پذیر با جریان بالا.

تیمی از متخصصان اداره هوانوردی دانشگاه دولتی سنت پترزبورگ به رهبری L.I. Chubraeva یک پروژه فشرده برای مجموعه ای از تجهیزات ابررسانا با دمای بالا برای یک نیروگاه هسته ای شناور ایجاد شد که توسط مدیریت Rosatom تأیید شد. هنگام توسعه پروژه، موقعیت نیروگاه هسته ای شناور نیز در نظر گرفته شد. یک کارخانه متالورژی و یک بیمارستان واقع در نزدیکی محل نیروگاه هسته‌ای شناور می‌توانند اکسیژن تولید شده در فرآیند تولید نیتروژن مایع را برای عملیات تجهیزات ابررسانا با دمای بالا نیروگاه هسته‌ای شناور دریافت کنند. کار بر روی این پروژه نشان داده است که برای فناوری ابررسانا کارآمد، مهم است که نه محصولات جداگانه، بلکه مجتمع‌های HTSC ایجاد کنیم که در آن نقاط ضعف دستگاه‌های منفرد با اثر کل سیستم پوشش داده می‌شود، که ممکن است یک حلقه خنک‌کننده بسته داشته باشد. . یک راه حل یکپارچه به شما امکان می دهد نه تنها ابعاد کل سیستم را کاهش دهید، بلکه در هزینه های نگهداری آن نیز صرفه جویی کنید.

شکل 6 مجموعه تجهیزات HTSC برای یک نیروگاه هسته ای شناور.

در دسامبر 2014، یک مجتمع آزمایش برودتی برای دستگاه های ابررسانا در مرکز علمی و فنی شرکت شبکه فدرال سیستم انرژی یکپارچه (FGC UES) به بهره برداری رسید. پایگاه نیمکت کرایوژنیک تکه تکه شده در روسیه مانع از توسعه صنعت ابررساناها می شود. نوسازی یکی از تاسیسات کلیدی تحقیقات برودتی کشور بخشی از این مشکلات را حل خواهد کرد.

در نوامبر 2015، در جلسه شورای علمی گروه مکانیک، انرژی، مهندسی مکانیک و فرآیندهای کنترل (EMPPU) آکادمی علوم روسیه در مورد ابررسانایی کاربردی در بخش انرژی، نتایج پروژه "صنعت ابررسانا" ارائه شدند.

در پایان سال 2015، توسعه برنامه های کاری امیدوارکننده برای ایجاد و بهبود تولید HTSC-2، و همچنین برای کاربردهای توان الکتریکی تجهیزات HTSC ادامه یافت.

پروژه "صنعت ابررسانا" برای سال 2016-2020. (سیستم های HTSC برای اهداف مختلف) ایجاد سیستم های SP را در تاسیسات تولید و انتقال برق (نیروگاه های برق آبی، نیروگاه های هسته ای، نیروگاه های هسته ای حرارتی، باد) فرض کرد - ساخت مجموعه ای از نیروگاه های تولید برق با استفاده از HTSC در یک سیستم تک: کرایوسیستم - ژنراتور - کابل - ترانسفورماتور - SOT - SPIN (ذخیره) - خطوط برق.

کاربرد HTSC در فضا، دریایی، هوانوردی، خودرو، راه آهن، از جمله حمل و نقل MAGLEV، در پزشکی (توموگرافی، سیکلوترون)، در علم (شتاب دهنده ها) و غیره.

امروزه یک زیرساخت ابررسانایی فنی شکل گرفته است که مراکز علمی، دانشگاه ها و شرکت های صنعتی را متحد می کند. برای تشکیل بازاری برای محصولات ابررسانا در روسیه، حمایت دولت با مشارکت در تامین مالی کار بر روی ایجاد خوشه‌های صنعت ابررسانا از دستگاه‌های انرژی سرمایه‌گذاری مشترک ساخته شده از ابررساناهای داخلی مورد نیاز است.

در حال حاضر شکل گیری مرحله بعدی برنامه پروژه صنعت ابررسانا ادامه دارد. به گفته کارشناسان، برای دستیابی به پارامترهای HTSC مورد نیاز، نباید ابررسانایی در دمای پایین را رها کرد. تحقیقات در این راستا باید ادامه یابد. جهشی در جستجوی مواد ابررسانای جدید نیز لازم است. یک ابررسانای قابل توجه نوع دوم، دیبورید منیزیم، دمای بحرانی 39 کلوین دارد، به این معنی که باید با نئون خنک شود.

سیستم های خنک کننده پیچیده مورد نیاز برای عملکرد پایدار دستگاه های ابررسانا در سطح هلیوم، استفاده گسترده از پدیده ابررسانایی را مختل کرده است. آنها در مرحله HTSC با کرایوکولرهای فشرده و قابل اعتماد از انواع مختلف جایگزین شدند. ایجاد مواد جدیدی که می توانند حالت ابررسانا را بدون خنک کنندگی حفظ کنند، برای فناوری های آینده انقلابی خواهد بود. استفاده از چنین موادی کارایی شبکه های توزیع انرژی را به شدت افزایش می دهد و بخش انرژی را بسیار اقتصادی تر می کند.

شرکت کنندگان در پروژه "صنعت ابررسانا" گزارش هایی از کار خود را در کنفرانس ملی ابررسانایی کاربردی (NKPS-2015) در مرکز تحقیقات ملی "موسسه کورچاتوف"، در کنفرانس علمی بین المللی "AtomTech-2015" ارائه کردند. الکتروفیزیک، در SPIEF 2015-2017، انجمن بین المللی "ATOMEXPO 2017".

در کنفرانس "AtomTech-2015. نمایندگان الکتروفیزیک" JSC "Superconductor روسیه" گزارش هایی در مورد نتایج کار در زمینه فن آوری ها و کاربردهای HTSC-2 برای انرژی و حمل و نقل انجام شده در چارچوب این پروژه ارائه کردند. V.I. Pantsyrny، مدیر توسعه JSC Russian Superconductor، در انجمن بین المللی "انرژی هسته ای برای توسعه پایدار" در سن پترزبورگ و انجمن علمی و عملی همه روسیه، در مورد چشم انداز استفاده از مواد و فناوری های ابررسانا مبتنی بر HTSC-2 گزارش داد. کنفرانس "اصول و مکانیسم های تشکیل یک سیستم ملی نوآوری" در دوبنا در سال 2014. تعدادی از جلسات خانه دانشمندان به نام. گورکی در سن پترزبورگ.

مطالب مربوط به سخنرانی در کنفرانس های فوق توسط T.A. Devyatova تهیه شده است