Уменьшение магнитных потоков рассеяния в линейных генераторах Вернье с помощью высокотемпературных сверхпроводящих элементов

Андрей [Andrey] Андреевич [A.] Дроздов [Drozdov]; Павел [Pavel] Александрович [A.] Курбатов [Kurbatov]; Екатерина [Ekaterina] Павловна [P.] Курбатова [Kurbatova]

doi:10.24160/1993-6982-2021-6-82-90

Андрей [Andrey] Андреевич [A.] Дроздов [Drozdov]
Павел [Pavel] Александрович [A.] Курбатов [Kurbatov]
Екатерина [Ekaterina] Павловна [P.] Курбатова [Kurbatova]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-6-82-90

Ключевые слова: линейный электрический генератор, высокотемпературный сверхпроводящий материал (ВТСП), принцип Вернье, моделирование свойств ВТСП, расчет электромагнитного поля, поплавковые электростанции

Аннотация

Приведены результаты исследований, направленных на улучшение энергетических показателей линейных электрических генераторов для волновых электростанций путем уменьшения магнитных потоков рассеяния межзубцовыми вставками из высокотемпературного сверхпроводящего материала (ВТСП). Рассмотрена конструкция генератора, использующая принцип Вернье для модуляции магнитного потока, с транслятором в виде полого цилиндра. Данный тип генератора используют в поплавковых электростанциях с прямым приводом от совершающего возвратно-поступательное движения поплавка, передающего большие усилия при малой скорости перемещения. Для расчетов использована методика моделирования свойств ВТСП, базирующаяся на представлении индуцированных токов в сверхпроводнике в виде магнитных моментов этих токов, что позволило упростить анализ электромагнитного поля в генераторе без существенных дополнительных погрешностей. В результате получены характеристики продольных составляющих электромагнитных сил и потокосцеплений фазных обмоток в зависимости от перемещения транслятора. Применение вставок из ВТСП-материала и распределённой обмотки в статоре позволило снизить электромагнитные потери рассеяния и увеличить силу взаимодействия статора и транслятора. Однако поскольку дополнительные затраты на систему охлаждения и теплоизоляцию ВТСП элементов сопоставимы со стоимостью генератора, то полученные результаты по улучшению энергетических параметров не позволяют сделать однозначный вывод об эффективности рассмотренных технических решений.

Сведения об авторах

Андрей [Andrey] Андреевич [A.] Дроздов [Drozdov]

аспирант кафедры электромеханики, электрических и электронных аппаратов НИУ «МЭИ», e-mail: DrozdovAAn@mpei.ru

Павел [Pavel] Александрович [A.] Курбатов [Kurbatov]

доктор технических наук, профессор кафедры электромеханики, электрических и электронных аппаратов НИУ «МЭИ», e-mail: kurbatovpa@gmail.com

Екатерина [Ekaterina] Павловна [P.] Курбатова [Kurbatova]

кандидат технических наук, доцент кафедры электромеханики, электрических и электронных аппаратов НИУ «МЭИ», e-mail: kurbatovaep@mail.ru

Литература

1. Гринкруг М.С., Новгородов Н.А., Ткачёва Н.А. Основные проблемы, возникающие при проектировании волновых электростанций и пути их преодоления // Электротехнические системы и комплексы. 2017. № 4(37). С. 67—70.
2. Энергетика и промышленность России [Электрон. ресурс] www.eprussia.ru/epr/341/6353102.htm (дата обращения 16.07.2021).
3. Ocean Power Technologies [Офиц. сайт] www.oceanpowertechnologies.com (дата обращения 16.07.2021).
4. Baloch N., Khaliq S., Kwon B.. A High Force Density HTS Tubular Vernier Machine // IEEE Trans. Magnetics. 2017. V. 53. No. 11. Pp. 1—5.
5. Курбатов П.А., Аринчин С.А. Численный расчёт электромагнитных полей. М.: Энергоатомиздат, 1984.
6. Kurbatova E.P., Kurbatov P.A., Kuschenko E., Sysoev M., Kulaev Y.V. Comparison of Properties of a Bulk HTS and a Stack of HTS Tapes after FC and ZFC // J. Physics: Conf. Series. 2020. V. 1559(1). P. 012049.
7. Dergachev, P.A., Kurbatova, E.P., Kurbatov, P.A., Kulaev, Y.V. Force Interaction in Magnetic Systems with a Volumetric High-Temperature Superconductor // Russian Electrical Eng. 2018. V. 89(8). Pp. 496—500.
8. Kurbatova E.P., Kurbatov P.A., Dergachev P.A., Molokanov O. Electromagnetic Analysis of HTS Generator with Bulk Superconductor // Proc. 20th Intern. Symp. Electrical Apparatus and Technolog. 2018. P. 8447118.
9. Kurbatova E.P., Kuschenko, E., Sysoev M., Drozdov A., Dergachev P.A., Kurbatov P.A. Using of the Diamagnetic Properties of HTS for Magnetic Systems of Linear Electric Machines // Proc. 16th Conf. Electrical Machines, Drives and Power Systems. 2019. P. 8771667.
10. Yokono T., Hasegawa K., Kamitani A. Magnetic Shielding Analysis of High-Tc Superconducting Plates by Power Law, Flux-Flow, and Flux-Creep Models // IEEE Trans. Appl. Superconductivity. 2003. V. 13. No 2. Pp. 1672—1675
---
Для цитирования: Дроздов А.А., Курбатов П.А., Курбатова Е.П. Уменьшение магнитных потоков рассеяния в линейных генераторах Вернье с помощью высокотемпературных сверхпроводящих элементов // Вестник МЭИ. 2021. № 6. С. 82—90. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-82-90
#
1. Grinkrug M.S., Novgorodov N.A., Tkacheva N.A. Osnovnye Problemy, Voznikayushchie pri Proektirovanii Volnovykh Elektrostantsiy i Puti Ikh Preodoleniya. Elektrotekhnicheskie Sistemy i Kompleksy. 2017;4(37):67—70. (in Russian).
2. Energetika i Promyshlennost' Rossii [Elektron. Resurs] www.eprussia.ru/epr/341/6353102.htm (Data Obrashcheniya 16.07.2021). (in Russian).
3. Ocean Power Technologies [Ofits. Sayt] www.oceanpowertechnologies.com (Data Obrashcheniya 16.07.2021).
4. Baloch N., Khaliq S., Kwon B.. A High Force Density HTS Tubular Vernier Machine. IEEE Trans. Magnetics. 2017;53;11:1—5.
5. Kurbatov P.A., Arinchin S.A. Chislennyy Raschet Elektromagnitnykh Poley. M.: Energoatomizdat, 1984. (in Russian).
6. Kurbatova E.P., Kurbatov P.A., Kuschenko E., Sysoev M., Kulaev Y.V. Comparison of Properties of a Bulk HTS and a Stack of HTS Tapes after FC and ZFC. J. Physics: Conf. Series. 2020;1559(1):012049.
7. Dergachev, P.A., Kurbatova, E.P., Kurbatov, P.A., Kulaev, Y.V. Force Interaction in Magnetic Systems with a Volumetric High-Temperature Superconductor. Russian Electrical Eng. 2018;89(8):496—500.
8. Kurbatova E.P., Kurbatov P.A., Dergachev P.A., Molokanov O. Electromagnetic Analysis of HTS Generator with Bulk Superconductor. Proc. 20th Intern. Symp. Electrical Apparatus and Technolog. 2018:8447118.
9. Kurbatova E.P., Kuschenko, E., Sysoev M., Drozdov A., Dergachev P.A., Kurbatov P.A. Using of the Diamagnetic Properties of HTS for Magnetic Systems of Linear Electric Machines. Proc. 16th Conf. Electrical Machines, Drives and Power Systems. 2019:8771667.
10. Yokono T., Hasegawa K., Kamitani A. Magnetic Shielding Analysis of High-Tc Superconducting Plates by Power Law, Flux-Flow, and Flux-Creep Models. IEEE Trans. Appl. Superconductivity. 2003;13;2:1672—1675.
---
For citation: Drozdov A.A., Kurbatov P.A., Kurbatova E.P. Flux Leakage Reduction in Linear Vernier Generators Using High-Temperature Superconducting Elements. Bulletin of MPEI. 2021;6:82—90. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-82-90