автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Синхронные электрические двигатели на основе массивных высокотемпературных сверхпроводников и постоянных магнитов

На правах рукописи УДК 621.313.323:621.318.2 (043.3)

003457248

ДЕЖИН ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

«СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ НА ОСНОВЕ МАССИВНЫХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ И ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ»

Специальность - 05.09.01 «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 пс-/, 2003

Москва-2008

003457248

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Московского авиационного института (государственного технического университета).

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

д.т.н., проф. Ковалев Л. К. д.т.н., Копылов С. И. к.т.н., Ларионов С. А.

ОАО АКБ «Якорь», г. Москва

Защита диссертации состоится « ¿V » £et¿abp Л 2008 г. в '7 часов на заседании диссертационного совета Д 212.125.^7 при Московском авиационном институте (государственном техническом университете) «МАИ» по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, Учёный совет МАИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета) «МАИ».

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан 2Y и^яЬ^/р 2QQ8 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.125.07 г—^ А.Б.Кондратьев к.т.н., доцент

Общая характеристика диссертационной работы

Актуальность темы. Прогресс с современной науке и технике неразрывно связан с открытием новых явлений и внедрением уникальных технологий. Применительно к электротехнике и электроэнергетике одной ич пепспектипчых технологий является технология, основанная на эффекте сверхпроводимости (СП). После открытия высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) с температурой перехода выше температуры кипения жидкого азота, в ведущих отечественных и зарубежных научных центрах резко возрос интерес к разработкам нового электротехнического оборудования па основе ВТСП материалов с улучшенными энергетическими и массогаба-ритными показателями.

Перспективы использования явления СП в электромеханических преобразователях связывают с двумя фундаментальными физическими свойствами: отсутствием сопротивления и ярко выраженными диамагнитными свойствами.

В России и за рубежом (США, Англия, Германия и др.) значительное внимание уделяется также развитию СП электротехнического оборудования для специальной техники, такой, как морские суда с прямым приводом грибного винта, авиационно-космическая техника на криогенном топливе (жидкий водород и природный газ), высокоскоростной наземный транспорт, перспективные электроэнергетические комплексы и др.

Следует отметить, что ВТСП двигатели с массивными элементами из иттрие-вой керамики уже сейчас могут успешно работать при температурах кипения жидкого азота, что недостижимо при применении токонесущих элементов на основе висмутовых керамик и соединений М^Вг.

Диамагнитные свойства массивных ВТСП элементов находят применение в новых схемах электродвигателей с ярко выраженной анизотропией их роторов. Ожидается, что применение постоянных магнитов на основе редкоземельных материалов (РЗМ ПМ) в сочетании с современными СП материалами позволит значительно увеличить массогабаритные и энергетические показатели таких электродвигателей.

Важно отметить, что в наземных системах уровни мощности производимой и потребляемой электроэнергии непрерывно растут, тогда как топливные ресурсы, как основа электроэнергетики, ограничены. При этом, с развитием электроэнергетики загрязнение окружающей среды также возрастает. В этой связи, в настоящее время, существенное значение приобретают вопросы развития на Земле водородной и криогенной энергетики. В будущем, эффективное производство, хранение, преобразование и передача электроэнергии при возрастании требований к ее качеству станут первостепенными проблемами. Сверхпроводимость, как уникальное физическое явление, и применение современных высокоэффективных материалов, способны кардинально решить эти проблемы, что позволяет надеяться на значительное расширение рынка ВТСП электротехнического оборудования в будущем.

Цель и задачи работы. Целыо диссертационной работы является создание новых типов синхронных электродвигателей на основе массивных ВТСП элементов и постоянных магнитов (ПМ).

Достижение поставленной цели предполагает решение ряда задач, среди которых:

- разработка новых конструктивных схем двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП двигателей с высокими массоэнергетическими показателями на основе массивных ВТСП элементов и ПМ;

- создание аналитических и численных методик расчета двухмерных магнитных полей и параметров двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП двигателей;

- создание опытных образцов синхронных ВТСП электродвигателей и экспериментальное исследование их характеристик;

- сопоставление экспериментальных и расчетных параметров ВТСП электродвигателей и калибровка математических моделей;

- разработка рекомендаций по использованию новых типов ВТСП двигателей в перспективных областях промышленности и энергетики.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математической физики, теория поля, электромеханики и прикладной сверхпроводимости; численные методы решения уравнений в частных производных (метод конечных элементов). Для решения уравнений и построения диаграмм использовался пакет математического моделирования MathCAD 11\ для решения задач методом конечных элементов использовался пакет прикладных программ Elcut Professional 5.4\ «твердотельное» моделирование и эскизное проектирование было осуществлено на базе пакета Solidworks 2007; для построения графиков использовалась программа Grapher 5.02; рисунки были подготовлены в программах CorelDraw ХЗ и Adobe Photoshop CS2. Проверка аналитических и численных методов расчета производилась на экспериментальных моделях ВТСП электродвигателей.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

- предложены новые схемы двух- и четырехполюсных синхронных электродвигателей на основе массивных ВТСП элементов и постоянных магнитов;

- получены аналитические решения задач расчета двухмерных магнитных полей, выходных характеристик и параметров, двухполюсных ВТСП двигателей с постоянными магнитами, учитывающие как свойства материалов, так реальную геометрию двигателей;

- разработаны численные алгоритмы расчета магнитных полей, параметров и выходных характеристик двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей при постоянном напряжении фаз статора;

- проведен сравнительный анализ различных конструктивных схем синхронных ВТСП электродвигателей с постоянными магнитами;

- получены экспериментальные данные, подтверждающие основные положения теории.

Практическая ценность работы:

- разработаны алгоритмы расчета двухмерных магнитных полей и параметров двух-и четырехполюсных ВТСП двигателей с постоянными магнитами различного конструктивного исполнения;

- разработаны конструкции двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП электродвигателей с постоянными магнитами в роторе;

- созданы и испытаны опытные образцы двух- и четырехполюсных синхронных электродвигателей мощностью от 4 до 15 кВт на основе ВТСП и постоянных магнитов;

- сформулированы предложения по использованию новых типов ВТСП двигателей в качестве высокодинамичных промышленных приводов и приводов криогенных насосов.

Реализация результатов. Разработанные автором алгоритмы и программы расчета синхронных ВТСП двигателей с ПМ переданы промышленным предприятиям (ОАО АКБ «Якорь» и НИИЭМ, г. Истра) и используются при проектных расчетах нового перспективного класса электродвигателей. Результаты диссертационной работы внедрены в НИР по нескольким темам научно-технических программ Минобразования РФ и по теме международного проекта «High Dynamic HTS Motor» в виде алгоритмов проектирования и методик расчета, новых ВТСП электродвигателей с ПМ. Материалы диссертации используются при чтении курсов лекций по дисциплинам «Электромеханика», «Криогенные и сверхпроводниковые электроэнергетические установки», «Физико-технические основы электрооборудования ЛА», «Аппараты электроэнергетических установок и комплексов» и «Компьютерные технологии» в МАИ, а также вошли в методические пособия по курсовому и дипломному проектированию, предназначенные для студентов электромеханических и энергетических специальностей. Внедрение результатов подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных российских и международных конференциях и выставках, в том числе: на Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ - 2005», ВВЦ, г. Москва (результаты отмечены золотой медалью и дипломом НТТМ); на международной конференции «Авиация и космонавтика» в 2005, 2006, 2007 и 2008 году, МАИ, г. Москва; на Международной специализированной выставке и семинаре «Электрические сети России - 2005», ВВЦ, г. Москва; на конференции CryoPrague 2006 Multiconference, г. Прага, Чехия; на Конференции по физике конденсированного состояния, сверхпроводимости и материаловедению, в 2007 г., РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва; на Всероссийской конференции молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике - 2008», МАИ, г. Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из них 3 — в журнале «Электричество», рекомендованном ВАК РФ. По теме диссертации получен 1 патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемых источников и 3 приложений; имеет 165 страниц, 61 рисунок, 12 таблиц и 143 наименования списка литературы.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, определена научная новизна и практическая ценность работы, дана информация о структуре и объеме диссертации.

В первой главе представлен обзор разработок в области создания сверхпроводниковых электрических машин. Рассмотрены современные сверхпроводниковые материалы и перспективы их применения в электромеханических устройствах. Приведена классификация СП электрических машин и рассмотрены основные направления работ в этой области в ведущих научных центрах. Анализ работ по созданию электрических машин на основе композитных проводов из висмутовой керамики показал, что для обеспечения приемлемых массоэнергетических показателей необходимо использовать достаточно сложные системы криостатирования на основе жидкого неона или водорода. Показано, что электрические двигатели с ВТСП элементами представляют единственный класс машин, способных достигать высоких энергетических показателей при температуре жидкого азота. Рассмотрены перспективные схемы синхронных электродвигателей на основе массивных ВТСП элементов и постоянных магнитов, исследуемые в данной работе.

Во второй главе рассмотрены аналитические модели двухполюсных синхронных электродвигателей с композитным слоисто-блочным ротором на основе ВТСП элементов и ПМ. Представлена методика определения усредненных магнитных характеристик композитного слоисто-блочного ротора. Приведена постановка, и аналитические решения задач расчета двухмерных магнитных полей и параметров таких двигателей с учетом свойств и концентраций активных материалов ротора. Даны основные расчетные соотношения и результаты вычисления параметров макетного образца рассматриваемого ВТСП двигателя.

Расчетная схема синхронного двухполюсного ВТСП двигателя с комбинированным слоистым ротором представлена на рис. 1а. Ротор состоит из слоев ВТСП элементов и пластин, состоящих из чередующихся блоков ПМ и ферромагнитных вставок. В дальнейшем принимается, что вектор намагниченности всех блоков из ПМ М постоянен и направлен по оси Г вдоль пластин [м\р,Мг\> М = const). Ферромагнитные блоки ротора и ярмо статора, выполненные из магнитомягких электротехнических сталей, являются ненасыщенными с относительной магнитной проницаемостью fire »1.

При построении решения задачи обмотки статора заменялись эквивалентным токовым слоем на радиусе Rs с линейной плотностью Jo, синусоидально распределенной по угловой координате <р (см. рис. 16). В качестве ВТСП элементов в двигателе могут быть использованы как монодоменные, так и поликристаллические керамики. В ряде работ показано, что в случае неполного проникновения магнитного поля в ВТСП пластину из монодоменной керамики ее относительная магнитная проницае-

мость —//s =0. Для поликристаллических ВТСП элементов fjs определялась по заданной величине магнитного поля В по феноменологическим моделям ВТСП среды.

Эквивалентный у ТОКОВЫЙ слой

- ферромагнитные BCTdOKK LJ - блоки РЗМ

■ ВТСП пластины

а)

б)

в)

Рисунок 1. Двухполюсный синхронным ВТСП двигатель с композитным слоисто-блочиым ротором: а — конструктивная схема; б — переход к токовому слою; в — расчетная модель

При решении электродинамических задач в активной зоне синхронного ВТСП двигателя реальная структура композитного слоисто-блочного ротора (см. рис. 16) заменялась эквивалентной анизотропной средой с тензором усредненных относительных магнитных проницаемостей и эквивалентной намагниченностью (см. рис. 1в). В работе изложена методика определения компонент тензора относительных магнитных проницаемостей вдоль соответствующих осей — //г, и вектора намагниченности эквивалентной среды по заданным характеристикам ВТСП элементов, ПМ и ферромагнитных вставок, их геометрии и концентрациям.

Структура комбинированного слоистого ротора и эквивалентной однородной анизотропной среды показана на рис. 2а и 26, соответственно. Там же показаны геометрические размеры блоков, выделены характерные области композитного ротора и эквивалентной однородной анизотропной среды (прямоугольники abed и db'c'd'; ABC.D и А'В'С'О'), используемые для определения параметров ¡лг и Мг по локальным значениям относительной магнитной проницаемости — //и магнитного момента— М в каждом блоке композитного ротора.

Полученные аналитические выражения для компонент магнитного поля В{ВХ.В)'}, fi{jjv/jy} и параметров эквивалентной однородной анизотропной среды имеют вид:

\ВХ' =fi<Jtx-Hx. К - = Ао VrHv +МГ '

(1,2)

Здесь Мг=-^¿И-г

\ + км{мРс-\)

jUv=Msks

мЛ-h) -

ИиМк,

-0-AJ

магнитный момент анизотропной среды;

кс=Ас/кц = А5/А£ [\-кс), кГе = 3Гс/31 ,км = <5„/<5г (\-кГс) — линейные концентрации, полученные из размеров блочных элементов композитного слоистого ротора (см. рис. 2а); ¡хм = 1 и цГе —- относительные магнитные проницаемости ВТСП элементов, ПМ и ферромагнитных блоков, соответственно.

анизотропная среда

- ферромагнитные вставки О - блоки РЗМ □ - ВТСП

а) б)

Рисунок 2. Структура: а — слоисто-блочной конструкции ротора; б — эквивалентной однородной анизотропной среды

При анализе параметров синхронных ВТСП двигателей в ряде случаев вместо линейных концентраций вдоль соответствующих слоев кс, кх и км , использовались величины относительных объемных концентраций для ВТСП — ПМ — и ферромагнитных вставок — композитного слоисто-блочного ротора:

= > ^м = км (1 - кх);

С учетом принятых допущений, распределение магнитных полей В в линейной зоне ВТСП двигателей с относительно длинным ротором (/,/£»3-4) могут быть найдены из решения двухмерных электродинамических задач, описываемых уравнениями Максвелла:

(3)

гоШ = 0; сНуВ = 0;

в = //0Дя + л7)

(4)

-для

ярма статора; ¡1 =

Здесь: р = 1 и М = 0 — для области воздушного зазора; ¡й = «> и М = 0

^х ^ и м{0,мА — для зоны композитного ротора с эквива-^ 0 Иг)

лентной анизотропной средой, где ¿их>, ¡л^ — компоненты тензора, являющиеся заданными функциями концентраций активных элементов ротора и их локальных относительных магнитных проницаемостей //ч., цГе в ВТСП пластинах и ферромагнитных блоках соответственно.

При сопряжении сред с различными магнитными проницаемостями используются следующие условия:

па границе статор - воздушный зазор: Htl - Ни =Ув; 5„+ = В„_; (5)

на границе возлушиый зазоп - потоп- Н-, = Н;,; В„, = В,,.. (6)

Здесь индексы «+» и «-» относятся к параметрам по разные стороны границы раздела с различными магнитными проницаемостями.

В данной постановке построение двухмерных распределений усредненных магнитных полей сводится к решению задачи (4 - 6) для двух областей: слоистого ротора [0 <р <R, с ft и М ] и воздушного зазора (Rr <р <R,, с// = 1иМ=0).

Распределение усредненных магнитных полей в указанных областях находится на основе решения эллиптического уравнения для осевой компоненты векторного потенциала:

rotyfi)~lrotA\=Q. (7)

с условиями (5 - 6) на границах раздела сред. Поправку на параметры двигателя за счет конечного размера зубцовой зоны и ярма статора можно найти из теории магнитных цепей.

Решение уравнения (7) в композитном слоисто-блочном роторе, с магнитными проницаемостями рх. и и магнитным моментом Мг = const, проводится в декартовой системе координат {x'Y'}, связанной с ротором (см. рис. 16). В этом случае уравнение (7) записывается в следующем виде:

íLL^O.I

ЭД/V ду ) дх

-L^ho.

U)< Эх

(8)

Положение системы координат ротора {хд, ук} относительно системы координат статора {х„ у,} задается углом у Углы а, <р и у, отсчитываемые от оси X' ротора и X статора, соответственно (см. рис. 1в), связаны следующим соотношением: а = л/2+ у+ (р.

Решение для векторного магнитного потенциала в роторе может быть представлено в виде:

Л = сщу + с^х, (9)

где Сщ и Сц2 — константы интегрирования, определяющие компоненты магнитного поля.

Уравнение Лапласа для осевой компоненты векторного потенциала А& в воздушном зазоре в цилиндрической системе координат {гср}, связанной со статором запишется как:

IJL

рЪр

ЭЛИ 1 р~ I + -

(ЪгАя

= 0.

(10)

Ър) р\ Эф2

С учетом граничных условий задачи на внутренней поверхности статора решение (10) для первой гармоники имеет вид:

ан--\р+\а—— I— sin£3+с £> + — eos®!-. (11)

RJ \ R,)p V ^ -

A, = D■

Где й = 110гПф1тмаКа /2я, и Ка — число витков и обмоточный коэффициент фазы; Шф — число фаз, ¡т — амплитудное значение тока фазы. Константы интегрирования а, с определяются из граничных условий задачи на поверхности ротора р = Яг.

Полученные из граничных условий выражения для констант интегрирования имеют вид:

Мг 1 (т + п т-п „ ^ т>

а = —1—=гг--гСозх+— -+-соэ2у ; (12)

£(1 + Й2Х///г+0 ЛЛ 2 2 ')

Мг . 1 т-п . „

с = —7—=ггс-гвШУЧ---Б1п2г, (1.5)

П(1 + й2)(/Аг+1) 2

(14),(15)

-г Л, , Л*-1 Цу+1 Мг+1 где Л = / = —-, т = -; п=1-А-.

Rr" R2+\' >Мх

В диссертации показано, что действующее значение ЭДС ротора Е0 может быть найдено с помощью следующего соотношения:

Е0{МГ)=гГг^к.^-^-^,

где со — угловая скорость вращения магнитного поля; — активная длина машины.

Главные индуктивные сопротивления хп</ и хщ линейной зоны ВТСП двигателя и его электромагнитная мощность Рзм записываются как:

Х0(/ =2=2^с^т^ку, ж л

Ру,

Ро \VMr +1)'(1 + Л )J Mo

Расчет выходных характеристик проводится на основе векторных диаграмм синхронного ВТСП двигателя с композитным слоисто-блочным ротором для недо-возбужденного и перевозбужденного режимов работы.

Найденные аналитические выражения для параметров ВТСП двигателя позволяют построить графические зависимости мощности и cos (р от величин концентраций материалов ротора (SM, SFe и Ss). Они представлены на рис. 3.

По горизонтальной оси на представленных диаграммах отложена объемная концентрация постоянных магнитов (Sm), а по вертикальной оси — объемная концентрация ВТСП элементов (Ss). Рис. За, 36 и Зв соответствует определенному значению относительной магнитной проницаемости ВТСП (¡ЛвтспУ- 1, 0.5 и 0, соответственно.

Видно, что существует область, где выходная мощность (Рт) принимает наибольшие значения при заданных концентрациях. Указанная область расположена близко к предельным значениям этих параметров. Однако, помимо ПМ и ВТСП, в роторе должны содержаться ферромагнитные материалы для увеличения реактивности

0.4 0.6 0.8 1 0 0 2 0.4 0.6 0.8 1

Концентрация магнитов Концентрация магнитов Концентрация магнитов

а) б) в)

Рисунок 3. Диаграммы мощности к cos ф ВТСП двигателя с композитным ротором в зависимости от концентрации ВТСП и ПМ: а — при Цвтсп = I; б — при Цитсп = 0,5; в — при Цвтсп = 0

Концентрация магнитов

Концентрация магнитов

Коэффициент мощности (cos q>)

Концентрация магнитов

Выходная мощность (Р2)

и конструктивные элементы для придания прочности. В работе показано, что выбор значений концентраций ВТСП и ПМ необходимо проводить с учетом данной особенности. Анализ влияния ферромагнитных элементов показал, что при их наличии энергетические параметры синхронного ВТСП двигателя с композитным слоисто-блочным ротором увеличились на 15 - 20%.

Теоретические расчеты показали, что использование в композитном слоисто-блочном роторе ВТСП керамики с высокими диамагнитными свойствами (/4-<0,5) позволяет в 1,3 - 1,5 раза увеличить электромагнитную мощность синхронного двухполюсного ВТСП двигателя по сравнению с двигателем со слоями из обычных немагнитных материалов.

В третьей главе рассмотрены аналитические модели двухполюсных ВТСП двигателей с радиальными ПМ и слоистым сердечником в роторе. Такая конструкция является более простой по сравнению с композитным слоисто-блочным ротором, что с технологической точки зрения, важно для практики.

Конструктивная схема двухполюсного синхронного ВТСП двигателя с радиальными ПМ и слоистым сердечником в роторе представлена на рис. 4а. Ротор состоит из центральной части с чередующимися ВТСП и ферромагнитными пластинами, и кольцевой оболочки, содержащей намагниченные в радиальном направлении Г1М.

Расчет магнитных полей в активной зоне ВТСП двигателя и его электромагнитных характеристик проводился на основе решения двухмерных электродинамических задач, описываемых уравнениями Максвелла (4). При этом общее решение задачи сводится к решению соответствующих эллиптических уравнений Лапласа (или Пуассона) для осевой компоненты векторного потенциала А в каждой зоне ВТСП двигателя с последующей сшивкой решений на границах зон с различными магнитными про-ницаемостями.

■ ферромагнитные вставки Ш® • блоки РЗМ - ВТСП пластины

а) б) в)

Рисунок 4. Двухполюсный синхронный ВТСП двигатель с радиальными ПМ и слоистым сердечником в роторе: а — конструктивная схема; б — переход к токовому слою; в — расчетная модель

Аналитические решения задач строились при тех же основных допущениях, что и в главе 2. При этом, магнитный момент оболочки с ПМ имел радиальную компоненту с синусоидальным распределением по угловой координате ср.

М=М^$т{а), (16)

г

где А/0— магнитный момент постоянных магнитов.

Распределение магнитного поля в областях анизотропного сердечника, оболочки из ПМ и воздушного зазора находились на основе решения уравнения Лапласа для осевой компоненты векторного потенциала с использованием соответствующих граничных условий (5 - 6) на границах раздела сред с различными магнитными прони-цаемостями.

С учетом (16) решение уравнения (7) в оболочке записывается в виде: Ам! = МЛс + £2//-)зт(р)+(03/- + £4/г)со8(р).

Структура решения уравнения (7) в композитном сердечнике ротора и воздушном зазоре аналогична рассмотренным выше зависимостям для двухполюсного ВТСГ1 двигателя с композитным слоисто-блочным ротором (выражения (9) и (11), соответственно). После подстановки выражений (9, 11 и 16) в граничные условия (6) можно определить выражения для констант.

Структура решения для векторного потенциала в области воздушного зазора (в системе координат статора) имеет вид:

пГ+Л.2

А, =

[(т - п}^т(2/+ ф)+(т + л)зш(ф)]——- + (г2 - Л2 )зт(ф)

ру 4

О — +

К.г ■

Здесь а = + р))т + (р„ -р))]^С05

4 ЛД

т + п т — п - 1 +-<м%2у ;

2 2

с = —[(о . + р2)т + (р -/Г)1 *', ^5плу+—.

где, р, = Я,1ЯГ ; р5С = Д!С/ЯГ ; = рг/р0; =//,..///„;

к = -1 . ь _ р] -1 ■ т = 6 ■■ +. „ = 4Х- + * ■ д _ ^"фМГдКд

Рк + 1' р1 + \ Цу + \' Цх-+1* 2 Я

С учетом полученных решений для А, главные индуктивные сопротивления по продольной Хм! и поперечной Хаа осям и электромагнитная мощность двухполюсного ВТСП двигателя с радиальными ПМ и слоистым сердечником могут быть найдены из:

Ж Я V 2 )

= )2+ - 1)з1п(г)|.

2 71 [ Л, АОрз I

Величина ЭДС определяется как:

V2 р,

Для данной схемы ВТСП двигателя одним из основных параметров, влияющих на выходную мощность, является толщина оболочки с ПМ. Как показал проведенный анализ, при малой толщине слоя, мощность определяется, в основном, реактивной компонентой и слабо зависит от величины магнитного момента. Вместе с тем, при большой толщине оболочки, влияние реактивной компоненты ослабевает. Проведенные теоретические исследования позволили определить рациональную толщину оболочки с ПМ для достижения требуемой мощности при заданных свойствах ВТСП материалов и ПМ.

Расчеты ло разработанным аналитическим моделям показали, что при использовании в составе ротора ВТСП вставок с /js~ 0 мощность электродвигателя может быть увеличена в 1,5-2 раза.

В четвёртой главе рассмотрены численные методы поверочного расчета магнитных полей и параметров двух- и четырехполюспых ВТСП двигателей с ПМ с учетом геометрии и насыщения магнитопровода машин. Для получения решений методом конечных элементов (МКЭ) использовался пакет прикладных программ «Elcut Professional». Особенности численного расчета ВТСП двигателей при заданном напряжении фазы подробно рассмотрены в диссертационной работе.

По разработанным алгоритмам были проведены численные расчеты двух- и че-тырехполюсных синхронных ВТСП двигателей. Для двухполюсного двигателя с композитным слоисто-блочным ротором после сравнительного анализа ряда конструктивных схем была выбрана наиболее рациональная конструкция машины и определены ее основные параметры (см. рис. 5).

Sbtoi = 25,6%; SnM = 37,1%; SFe = 16,3%;

Ео = 181,1 В;

Xad = 4,2 Ом;

ХаС| = 3,5 Ом;

Рг,шх = 15 кВт;

cos ф = 0,85.

Рисунок 5. Конструктивная схсма и основные параметры двухполюсного ВТСП двигателя с композитным слоисто-блочным ротором

На рис. 6 в качестве примера представлены зависимости выходных характеристик машины от тока фазы статора при наличии и отсутствии ВТСП элементов. Видно, что использование в роторе массивных ВТСП элементов существенно улучшает мощность двигателя (примерно, на 50%) и увеличивает КПД ВТСП двигателя.

Сравнительный анализ показал, что созданные в работе аналитические методики расчета синхронного ВТСП двигателя с композитным слоисто-блочным ротором в целом хорошо согласуются с численными моделями в пределах 10- 15% (см. рис. 7).

1 -| 20000 -

COS (р, N, ВТ-

Л

08- 16000-

06- 12000 -

04- 8000 -

02- 40QQ -

0- 0 -

cos ф,

n

45 I, A 60

Рисунок 6. Графические зависимости выходные параметров ВТСП двигателя от тока статора при отсутствии (а) и наличии (б) ВТСП элементов

25000

Р„ Вт. 20000-

1 -COS (р Л 03- 26000 -Р2. Вт гооос -

ов- 16000 -

04- 10000 —

02- 6000 -

0 - 0-

COS ф

п

Рисунок 7. Сопоставление графических зависимостей параметров ВТСП двигателя от тока статора, рассчитанных: а — аналитически, б — численно

После проведения численного расчета двухполюсного ВТСП двигателя со слоистым сердечником и радиальными ПМ на роторе были вычислены его основные параметры: Е„ = 219 B,X„d= 15,2 Ом, Хац = 7 Ом, Р:„юх = 9 кВт; cos g>= 0,99. В сравнении со структурой композитного слоисто-блочного ротора, в данной схеме существенно выросла анизотропия, и cos (р достиг максимального значения 0,99. Это позволяет сделать вывод о том, что в тех случаях, когда необходимо получить высокие значения коэффициента мощности, целесообразно использовать схему со слоистым сердечником и радиальными ПМ. На рис. 8 представлены зависимости выходных характеристик ВТСП двигателя со слоисто-блочным сердечником и радиальными ПМ от тока статора при отсутствии и наличии ВТСП элементов. При использовании такой конструктивной схемы ротора также наблюдается увеличение значений основных параметров. Мощность возросла на 50 - 60%, а КПД и cos <р близки к единице.

Для применения в составе высокодинамичпых приводов представляют интерес четырехполюсные конструкции ВТСП двигателей. Проведенный анализ показал, что они имеют более высокие динамические и массоэнергетические характеристики по сравнению с двухполюсными машинами. Кроме того, в четырехполюсных двигателях эффект качания ротора менее выражен, и, следовательно, они обладают более высокой устойчивостью при повышенной нагрузке.

а) б)

Рисунок 8. Зависимости выходных характеристик ВТСП двигателя с оболочкой из ГШ от тока статора при отсутствии (а) и наличии (б) ВТСП элементов

В работе были проведены детальные численные расчеты магнитных полей и параметров различных конструктивных схем четырехполюсных ВТСП электродвигателей. Конструктивные схемы роторов некоторых ВТСП электродвигателей показаны на рис. 9.

а) б) в)

Рисунок 9. Конструктивные схемы роторов четырехполюсных ВТСП двигателей: а, б — с радиальными ПМ; в — с тангенциальными ПМ

В качестве примера на рисунках 10 и 11 представлены результаты численного расчета четырехполюсных ВТСП электродвигателей с радиальными и тангенциальными ПМ.

Из анализа этих характеристик для ВТСП двигателя с радиальными ПМ видно, что при использовании ВТСП вставок его максимальная мощность увеличилась на 10- 15%, а коэффициент мощности остался прежним. В машине с тангенциальными ПМ наблюдается более существенный рост мощности при использовании ВТСП элементов в структуре ротора — на 20 - 30%. Максимальное значение cos ip также увеличилось до значения 0,95.

Анализ полученных характеристик показал, что несмотря на то, что в тангенциальной конструкции при использовании ВТСП элементов в роторе процент увеличения мощности более высокий, тем не менее, ее максимальное значение оказалось ниже, чем у ротора с радиальными ПМ.

В этом связи, использование четырехполюсных ВТСП двигателем с радиальными ПМ п составе высокодинамичных приводов более перспективно.

а) б)

Рнсунок И. Сопоставление выходных характеристик ВТСП двигателя с тангенциальными ПМ от тока статора: а — без ВТСП, б — с ВТСП

Пятая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям серии синхронных ВТСП двигателей с постоянными магнитами. В работе детально описаны макетные образцы двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей и этапы проведения экспериментов на автоматизированном испытательном комплексе для криогенных электрических машин. Аналитические и численные исследования двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей с ПМ показали, что они обладают более высокими энергетическими показателями по сравнению с электродвигателями традиционного исполнения. Для проверки полученных теоретических результатов были проведены экспериментальные исследования опытных моделей ВТСП электродвигателей с последующим сравнением их результатов с расчетами. В этой связи были спроектированы и изготовлены макетные образцы двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей и модифицирован испытательный комплекс для проведения экспериментальных исследований.

Общий вид экспериментального стенда с криостатом и тормозным устройством представлен на рис. 12.

Макетные образцы серии синхронных ВТСП электродвигателей представлены на рис. 13. Их основные параметры приведены в табл. 1.

Порядок проведения экспериментальных работ включал в себя несколько основных этапов: подготовку экспериментального стенда и автоматизированной системы измерения к работе, охлаждение экспериментального ВТСП электродвигателя до температуры жидкого азота и технологический запуск на холостом ходу, запуск ВТСП электродвигателя под нагрузкой, регистрацию и первичную обработку экспериментальных данных в реальном масштабе времени.

в) г)

Рисунок 13. Макетные образцы серии экспериментальных ВТСП двигателей

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВТСП ДВИГАТЕЛЕЙ Таблица 1

Двухполюсные Четырехполюспые

1 2 3 4

Номинальные пирамефы

Мощность, кВт 10 4 15 15

Фазное напряжение питания, В 220 220 220 220

Частота, Гц 50 50 200 200

Число фаз 3 3 3 3

Частота вращения, мин"1 3000 3000 6000 6000

Коэффициент мощности 0,88 0,80 0,95 0,98

Геометрия машины

Диаметр ротора, мм 81,5 62 83 83

Активная длина статора, мм 100 80 78 78

Диаметр расточки статора, мм 82 62,7 84 84

Воздушный зазор, мм 0,25 0,35 0,5 0,5

Магнитный зазор, мм 2 1,35 2,5 2,5

Другие параметры

Окружная скорость ротора, м/с 25,6 19,5 52,15 52,15

Полная масса двигателя, кг 20,5 8 15,15 15,4

1 — с композитным слоисто-блочным ротором; 2 — со слоистым сердечником и радиальными ПМ; 3 — с радиальными ПМ; 4 — с тангенциальными ПМ.

В качестве примера на рис. 14 представлены экспериментальные зависимости выходных характеристик двухполюсного ВТСП электродвигателя с композитным слоисто-блочным ротором от тока статора при отсутствии (рис. 14а) и наличии (рис. 146) ВТСП элементов. Видно, что в последнем случае мощность увеличивается на 40%.

а) б)

Рисунок 14. Экспериментальные выходные характеристики двухполюсного ВТСП двигателя с ко.мпоштпым слонсто-блочным ротором: а — без 15СТП; б — с ВТСП

Экспериментальные исследования двухполюсного синхронного ВТСП электродвигателя со слоистым сердечником и радиальными ПМ в роторе проводились при различном напряжении питания. Мощность машины в номинальном режиме составила 5 кВт при значении КПД 99%. Следует отметить, что высокий КПД этого ВТСП

двигателя остается стабильным при возрастании нагрузки до значения, соответствующего опрокидывающему моменту.

Испытания четырехполюсного синхронного ВТСП электродвигателя с радиальными ПМ показали, что при наличии ВТСП элементов в роторе его опрокидывающий момент возрос на 40 - 60%. Значительно увеличился КПД, который в номинальном режиме достигает значения 90%. Коэффициент мощности (cos f), независимо от режима работы ВТСП двигателя, лежит в диапазоне 0,95 - 0,99 (см. рис. 15).

а) б)

Рисунок 15. Экспериментальные выходные характеристики чстырехполюсного ВТСП двигателя с радиальными ПМ: а — без ВСТП; б — с ВТСП

Результаты экспериментального исследования чстырехполюсного ВТСП двигателя с тангенциальными ПМ показали, что наличие ВТСП элементов в роторе вставок увеличивает мощность машины на 30%, КПД на 5 - 10%, а коэффициент мощности при этом остается прежним.

В качестве примера, на рис. 16 показано сравнение результатов экспериментальных данных с теоретическими расчетами для двухполюсного ВТСП двигателя с композитным слоисто-блочным ротором (рис. 16а) и четырехполюсного ВТСП двигателя с тангенциальными ПМ (рис. 166). Видно, что погрешность в номинальном режиме работы составляет -10- 15%, что позволяет рекомендовать рассмотренные алгоритмы численного расчета на этапе проектирования таких электрических машин.

а) б)

Рисунок 16. Сопоставление теоретических расчетов с экспериментальными исследованиями ВТСП двигателей: пунктирные линии — теоретический расчет; сплошные линии — экспериментальные данные

На базе теоретических и экспериментальных исследований ВТСП двигателей с

ПМ в диссертационной работе сформулированы рекомендации по использованию

этих электрических машин в качестве приводов криогенных насосов и высокодинамичных приводов испытательных стендов для автомобильной промышленности.

Основные выводы и результаты

1. Сделан обзор разработок и показано, что в настоящее время совершенствование ВТСП электрических машин и повышение их энергетических параметров связывают с возможностью использования в их активной зоне редкоземельных постоянных магнитов и массивных ВТСП элементов на основе иттриевой керамики.

2. Предложены новые схемы двух- и четырехполюсных синхронных электродвигателей на основе массивных ВТСП элементов и постоянных магнитов, обладающих высокими массоэпергетическими показателями.

3. Построенные в работе аналитические методики расчета двухмерных магнитных полей и выходных параметров двухполюсных синхронных ВТСП двигателей позволяют проводить сравнительный анализ параметров различных конструктивных схем таких двигателей с учетом физических свойств массивными ВТСП элементов и постоянных магнитов.

4. Для двухполюсного синхронного ВТСП двигателя со слоисто-блочной структурой ротора определены оптимальные значения концентраций постоянных магнитов, ВТСП и ферромагнитных элементов, обеспечивающих получение предельных значений электромагнитной мощности при высоких значениях cos ср. Показано, что использование в составе композитного слоисто-блочного ротора пластин из массивных ВТСП элементов позволяет увеличить в 1,3-1,5 раза выходную мощность СП синхронных двигателей по сравнению с синхронными электродвигателями аналогичной конструкции (без ВТСП пластин) при тех же режимах охлаждения машины па уровне температур жидкого азота.

5. Теоретические исследования показали, что синхронные двигатели с радиальными постоянными магнитами и слоистым сердечником ротора из ферромагнитных и ВТСП пластин, при рациональном выборе толщины ПМ, обеспечивают на 10- 15 % более высокие энергетические показатели по сравнению с синхронными ВТСП двигателями со слоисто-блочной структурой ротора.

6. Разработаны теоретические методы численного расчета двухмерных магнитных полей и параметров четырехполюсных синхронных электродвигателей с радиальными и тангенциальными ПМ и массивными ВТСП элементами в роторе, позволяющие проводить сравнительный анализ энергетических параметров различных конструктивных схем таких двигателей с учетом магнитных свойств элементов и реальной геометрии электрических машин.

7. Результаты численных расчетов показали, что четырехполюсные синхронные ВТСП электродвигатели с радиальными постоянными магнитами на роторе обеспечивают более высокий уровень мощности по сравнению с ВТСП двигателями с тангенциальными магнитами.

8. Разработаны конструкции, спроектированы, изготовлены и испытаны на стенде кафедры 310 МАИ экспериментальные модели:

- двухполюсного синхронного ВТСП электродвигателя со слоисто-блочным ротором (DxL = 82x100мм) мощностью -10 кВт при частоте вращения « = 3000 мин'1;

- двухполюсного синхронного ВТСП электродвигателя со слоистым сердечником и радиальными ПМ (DxL = 62,7x80 мм) мощностью -4 кВт при частоте вращения п = 3000 мин"1;

- четырехполюсного синхронного ВТСП электродвигателя с радиальными ПМ на роторе (DxL = 84x78 мм) мощностью -15 кВт при частоте вращения п = 6000 мин"1;

- четырехполюсного синхронного ВТСП электродвигателя с тангенциальными ПМ на роторе (DxL = 84x78 мм) мощностью -15 кВт при частоте вращения п = 6000 мин"1.

9. Проведена модернизация криогенного стенда и дооснащение автоматизированного измерительного комплекса, позволяющего производить регистрацию и предварительную обработку экспериментальных данных в реальном масштабе времени в течение эксперимента.

10. Экспериментальные исследования двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП электродвигателей показали, что они устойчиво работают в среде жидкого азота, обеспечивая высокие удельные массоэнергетические показатели.

11. Полученные экспериментальные характеристики синхронных ВТСП электродвигателей хорошо согласуются с теоретическими данными, что позволяет рекомендовать созданные теоретические модели для проектных расчетов высокоэффективных ВТСП приводов.

12. На базе теоретических и экспериментальных исследований ВТСП электродвигателей с ПМ сформулированы рекомендации для использования их в качестве приводов криогенных насосов и высокодинамичных приводов испытательных стендов для автомобильной промышленности.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Дежин Д.С., Ковалев К.Л., Ковалев Л.К. Двигатели с композитным ротором на базе ВТСП и постоянных магнитов // Авиация и космонавтика - 2006: Сборн. тез. докл. Москва, 23-26 октября 2006. - С. 370.

2. Dezhin D.S., Ilushin K.V., Koneev S.M.A., Kovalev K.L., Kovalev L.K., Penkin V.T., Poltavec V.N., Firsov V.P. A pump with HTS electrical drive for the cryogenic pipeline // CryoPrague-2006: Book of abstracts. July 17 - 21, 2006. - Praha, Czech republic.-P. 107.

3. Дежин Д.С., Ильясов P.И., Илюшин К.В., Ковалев Л.К., Конеев С.М.-А., Полтавец В.Н. Синхронные двигатели с объемными высокотемпературными сверхпроводниковыми элементами и возбуждением от постоянных магнитов // Электричество. - 2007. - № 2. - С. 28-33.

4. Дежин Д.С., Кавун 10.10., Ковалев Л.К. Синхронные электродвигатели с ради-ально тангенциальными магнитами // Электричество. - 2007. - №11. - С. 16-23.

5. Дежин Д.С., Карпышев A.B., Ковалев К.Л., Ковалев Л.К., Конеев С.М.-А., Полтавец В.Н., Фирсов В.П. Опыт создания криогенных насосов лля силовых кабельных линий // Конференция по физике конденсированного состояния, сверхпроводимости и материаловедению: Сборн. ан. докл. Москва, 26-30 ноября 2007. - С. 231.

6. Дежин Д.С., Ковалев К.Л. Электродвигатель с композитным ротором на основе ВТСП, постоянных магнитов и ферромагнитных элементов // Конференция по физике конденсированного состояния, сверхпроводимости и материаловедению: Сборн. ан. докл. Москва, 26-30 ноября 2007. - С. 227.

7. Дежин Д.С., Ковалев К.Л. Синхронный электродвигатель со слоисто-блочным ротором с постоянными магнитами и массивными ВТСП элементами // Информационные технологии в авиационной и космической технике-2008: Сборн. тез. докл. Москва, 21-24 апреля 2008. - С. 59.

8. Дежин Д.С., Ильясов Р.И., Ковалев К.Л., Ковалев Л.К. Электродвигатель с композитным ротором на основе ВТСП, постоянных магнитов и ферромагнитных элементов // Электричество. - 2008. - №8. - С. 40^16.

9. Дежин Д.С. Численные способы расчета двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП электродвигателей с постоянными магнитами // Авиация и космонавтика - 2008: Сборн. тез. докл. Москва, 20-23 октября 2008. - С. 209.

10. Пат. 71190. Российская Федерация, МПК51 Н02К 55/02, Н02К 1/02. Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с композитным ротором / Дежин Д.С., Ковалев К.Л., Ковалев Л.К. и др.; заявитель и патентообладатель Московский авиационный институт. - опубл. 27.02.08, Бюл. №6. - 2 с.

Закач № 156/11/08 Подписано в печать 17.11 2008 Тираж 100 экз Усл. п.л. 1,25

- '->. ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 778-22-20 www.cfr.m; e-mail:info@cfr.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ.

Введение.

1.1. Современные сверхпроводниковые материалы.

1.2. Классификация электрических машин на основе сверхпроводников.

1.3. Основные направления работ по созданию сверхпроводниковых электрических машин.

Выводы.

ГЛАВА II. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДВУХПОЛЮСНЫХ ВТСП ДВИГАТЕЛЕЙ С КОМПОЗИТНЫМ СЛОИСТО-БЛОЧНЫМ РОТОРОМ.

Введение.

2.1. Постановка двухмерных электродинамических задач.

2.2. Определение усредненных магнитных характеристик композитного слоисто-блочного ротора.

2.2.1. Магнитные характеристики композитной среды из ПМ и ферромагнитных блоков.

2.2.2. Магнитные характеристики композитной среды из ПМ, •ферромагнитных блоков и ВТСП пластин.

2.3. Аналитические решения задач расчета двухмерных магнитных полей в активной зоне ВТСП электродвигателя.

2.3.1. Структура решения в композитном слоисто-блочном роторе.

2.3.2. Структура решения в области воздушного зазора.

2.4. Векторные диаграммы и основные зависимости для расчета параметров синхронных ВТСП электродвигателей.

2.5. Результаты расчета параметров макетного образца ВТСП двигателя с композитным слоисто-блочным ротором на основе постоянных магнитов и объемных ВТСП элементов.

Выводы.

ГЛАВА III. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДВУХПОЛЮСНЫХ ВТСП ДВИГАТЕЛЕЙ С РАДИАЛЬНЫМИ ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ И СЛОИСТЫМ СЕРДЕЧНИКОМ В РОТОРЕ.

Введение.

3.1. Постановка двухмерной электродинамической задачи.

3.2. Аналитические решения задач расчета двухмерных магнитных полей в активной зоне ВТСП электродвигателя.

3.2.1. Структура решения в композитном слоистом сердечнике ротора.

3.2.2. Структура решения в кольцевой области с радиальными ПМ.

3.2.3. Структура решения в области воздушного зазора.

3.3. Основные зависимости для расчета параметров синхронного ВТСП электродвигателя с радиальными ПМ и слоистым сердечником.

3.4. Результаты расчета параметров синхронного ВТСП двигателя со слоистым сердечником и радиальными ПМ на роторе.

Выводы.

ГЛАВА IV. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ПАРАМЕТРОВ ДВУХ- И ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНЫХ ВТСП ДВИГАТЕЛЕЙ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ.

Введение.

4.1. Особенности численного расчета ВТСП двигателей в пакете прикладных программ «Elcut Professional» при заданных токах в обмотке статора.

4.2. Алгоритмы численного расчета магнитных полей и параметров двух-и четырехполюсных синхронных ВТСП двигателей с ПМ при заданном напряжении фаз обмотки статора.

4.2.1. Построение картины распределения магнитных полей в активной зоне ВТСП электродвигателя.

4.2.2. Вычисление значения магнитного потока от ПМ ротора.

4.2.3. Определение значений индуктивных сопротивлений.

4.3. Результаты численных расчетов макетных образцов двухполюсных ВТСП двигателей. Сопоставление аналитических и численных расчетов.

4.4. Результаты численных расчетов макетных образцов четырехполюсных ВТСП электродвигателей с радиальными и тангенциальными ПМ.

Выводы.

ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕРИИ СИНХРОННЫХ ВТСП ДВИГАТЕЛЕЙ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ.

Введение.

5.1. Автоматизированный испытательный комплекс для экспериментального исследования криогенных электрических машин

5.2. Конструкции экспериментальных ВТСП электродвигателей.

5.2.1. Двухполюсный синхронный ВТСП электродвигатель с композитным слоисто-блочным ротором.

5.2.2. Двухполюсный синхронный ВТСП электродвигатель со слоистым сердечником и радиальными ПМ на роторе.

5.2.3. Четырехполюсный синхронный ВТСП электродвигатель с радиальными ПМ.

5.2.4. Четырехполюсный синхронный ВТСП электродвигатель с тангенциальными ПМ.

5.3. Результаты экспериментальных исследований макетных образцов двух- и четырехполюсных ВТСП электродвигателей.

5.4. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований макетных образцов синхронных ВТСП двигателей.

Выводы.

Прогресс в современной науке и технике неразрывно связан с открытием новых явлений и внедрением уникальных технологий. В электротехнике таковыми являются технологии, основанные на эффекте сверхпроводимости (СП). После появления высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) с температурой перехода выше температуры кипения жидкого азота, в ведущих отечественных и зарубежных научных центрах резко возрос объем разработок нового электротехнического оборудования на основе ВТСП материалов с улучшенными энергетическими и массогабаритными показателями [13, 42, 79, 104, 122, 139, 140].

Перспективы использования явления сверхпроводимости в электромеханических преобразователях связывают с двумя их фундаментальными физическими свойствами: отсутствием сопротивления и ярко выраженными диамагнитными свойствами (эффект Мейсснера).

Исследования показывают, что поскольку сверхпроводимость создает нулевое (для постоянного тока) или близкое к нулю (для переменного тока) сопротивление, использование сверхпроводниковых материалов может существенно повысить КПД и эффективность энергосистем, а также значительно улучшить массовые показатели базового электрооборудования. Это позволит создать более компактные и легкие элементы энергосистемы (при той же мощности) или существенно увеличить мощность единичных агрегатов (при тех же размерах и массе). Кроме того, благодаря низкому импедансу СП устройств полная стабильность энергосистемы может быть значительно повышена. В этой связи исследования и разработки сверхпроводниковых устройств различного типа для электроэнергетики активно ведутся в ведущих научных центрах мира.

В России и за рубежом (США, Англия, Германия и др.) значительное внимание уделяется развитию СП электротехнического оборудования для специальной техники, такой, как морские суда с прямым приводом грибного винта, суда с улучшенной гидродинамикой и маневренностью, авиационно-космическая техника на криогенном топливе (жидкий водород и природный газ), в частности, для разрабатываемых в настоящее время проектов самолетов на водородном топливе, и для новых перспективных систем запуска объектов в космос.

Следует отметить, что ВТСП двигатели с массивными элементами из иттриевой керамики уже сейчас могут успешно работать при температурах кипения жидкого азота, что недостижимо для токонесущих проводов на основе висмутовых керамики соединенийMgB2 [48, 71, 94, 132].

Диамагнитные свойства массивных ВТСП элементов находят применение в электродвигателях для создания ярко выраженной анизотропии их роторов и организации магнитного потока [18, 42].

Применение редкоземельных постоянных магнитов (РЗМ ПМ) в сочетании с современными СП материалами позволит значительно увеличить массогабаритные и энергетические показатели будущих двигателей.

Важно отметить, что уровни мощности производимой и потребляемой электроэнергии непрерывно растут, тогда как топливные ресурсы, как основа электроэнергетики, ограничены. При этом, с развитием электроэнергетики загрязнение окружающей среды также возрастает. В этой связи существенное значение в последние годы приобретают вопросы развития на Земле водородной и криогенной энергетики. В будущем, эффективное производство, хранение, преобразование и передача электроэнергии при возрастании требований к ее качеству станут первостепенными проблемами. Сверхпроводимость, как уникальное физическое явление, и применение современных высокоэффективных материалов (РЗМ ПМ), способны кардинально решить эти проблемы, что позволяет надеяться на значительное расширение в будущем рынка ВТСП электротехнического оборудования, в том числе с применением РЗМ постоянных магнитов [13, 79, 140].

Целью диссертации является создание новых типов синхронных электродвигателей на основе массивных ВТСП элементов и постоянных магнитов (ПМ).

Поставленная цель была достигнута в результате решения следующих задач: разработка новых конструктивных схем двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП двигателей на основе массивных ВТСП элементов и ПМ, обладающих высокими массоэнергетическими показателями;

- создание аналитических и численных методик расчета двухмерных магнитных полей и параметров двухполюсных синхронных ВТСП двигателей;

- разработка теоретических методик расчета двухмерных магнитных полей и параметров четырехполюсных синхронных ВТСП двигателей;

- создание опытных образцов синхронных ВТСП электродвигателей обоих указанных типов и экспериментальное исследование их характеристик;

- сравнительный анализ выходных параметров ВТСП электродвигателей на основе полученных экспериментальных и расчетов на основе развитых теоретических подходов;

- разработка рекомендаций по использованию новых типов ВТСП двигателей в перспективных областях промышленности и техники.

При решении поставленных задач использовались следующие методы: методы математической физики, теория поля, электромеханики и прикладной сверхпроводимости; численные методы решения уравнений в частных производных (метод конечных элементов). Для решения уравнений и построения диаграмм использовался пакет математического моделирования MathCAD 77; для решения задач методом конечных элементов использовался пакет прикладных программ Elcut Professional 5.4; «твердотельное» моделирование и эскизное проектирование было осуществлено на базе пакета Solidworks 2007; для построения графиков использовалась программа Grapher 5.02; рисунки были подготовлены в программах CorelDraw ХЗ и Adobe Photoshop CS2; оформление работы производилось с помощью программ из пакета MS Office 2007. Проверка аналитических и численных методов расчета производилась на экспериментальных моделях ВТСП электродвигателей.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

- предложены новые схемы двух- и четырехполюсных синхронных электродвигателей на основе массивных ВТСП элементов и постоянных магнитов, обладающих высокими массоэнергетическими показателями;

- получены аналитические решения задач расчета двухмерных магнитных полей и параметров, двухполюсных ВТСП двигателей с постоянными магнитами, учитывающие свойства материалов геометрию и структуру ротора;

- разработаны численные алгоритмы расчета магнитных полей, параметров и выходных характеристик двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей при постоянном напряжении фаз статора;

- проведен сравнительный анализ различных конструктивных схем синхронных ВТСП электродвигателей с постоянными магнитами;

- получены экспериментальные данные, подтверждающие основные положения теории.

Практическая ценность работы.

- Предложены новые конструктивные схемы двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП электродвигателей с постоянными магнитами обладающими в 2-3 раза более высокими массоэнергетическими показателями по сравнению с синхронными электродвигателями традиционной конструкции.

- Разработаны алгоритмы расчета двухмерных магнитных полей и параметров двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей с постоянными магнитами.

- Созданы и испытаны опытные образцы двух- и четырехполюсных синхронных электродвигателей мощностью от 4 до 15 кВт на основе ВТСП, постоянных магнитов и электротехнических сталей.

Перечисленные результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.

Реализация результатов.

Разработанные автором алгоритмы и программы расчета синхронных ВТСП двигателей с ПМ переданы промышленным предприятиям (ОАО АКБ «Якорь» и НИИЭМ, г. Истра) и используются при проектных расчетах нового перспективного класса электродвигателей.

Результаты диссертационной работы внедрены в НИР по нескольким темам научно-технических программ, в том числе по программе ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 20022006 годы, по теме № 1.6.06 «Разработка научно-технических основ создания высокоэффективных электроэнергетических, электротехнических и биотехнических систем на основе новых сверхпроводниковых материалов и современных информационных технологий» Минобразования РФ и по теме международного проекта «High Dynamic HTS Motor» в виде алгоритмов проектирования и методик расчета новых ВТСП электродвигателей с РЗМ ПМ.

Материалы диссертации используются в курсах лекций по дисциплинам «Электромеханика», «Криогенные и сверхпроводниковые электроэнергетические установки», «Физико-технические основы электрооборудования JIA», «Аппараты электроэнергетических установок и комплексов» и «Компьютерные технологии», а также вошли в методические пособия по курсовому и дипломному проектированию, предназначенные для студентов электромеханических и энергетических специальностей.

Внедрение результатов подтверждается актами о практическом использовании результатов диссертационной работы.

Отдельные результаты обсуждались и докладывались на:

1. Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ - 2005», 29 июня - 3 июля 2005 г., ВВЦ, г. Москва (результаты отмечены золотой медалью и дипломом НТТМ);

2. 4-ой международной конференции «Авиация и космонавтика - 2005», 10 - 13 октября 2005 г., МАИ, г. Москва;

3. Международной специализированной выставке и семинаре «Электрические сети России - 2005», 29 ноября - 2 декабря 2005 г., ВВЦ, г. Москва;

4. CryoPrague 2006 Multiconference, 17-21 июля 2006 г., г. Прага, Чехия;

5. XI-ой Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», 18 - 23 сентября 2006 г., г. Алушта, Крым;

6. 5-ой международной конференции «Авиация и космонавтика - 2006», 23 - 26 октября 2006 г., МАИ, г. Москва;

7. 6-ой международной конференции «Авиация и космонавтика - 2007», 1 - 4 октября 2007 г., МАИ, г. Москва;

8. Конференции по физике конденсированного состояния, сверхпроводимости и материаловедению, 26 - 30 ноября 2007 г., РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва;

9. Всероссийской конференции молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике — 2008», 21-24 апреля 2008 г., МАИ, г. Москва;

10.7-ой международной конференции «Авиация и космонавтика - 2008», 20 - 23 октября 2008 г., МАИ, г. Москва.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Дежин Д. С., Ильясов Р. И., Илюшин К. В. Ковалев Л. К., Конеев С. М.-А., Полтавец В. Н. Синхронные двигатели с объемными высокотемпературными сверхпроводниковыми элементами и возбуждением от постоянных магнитов // Электричество. - 2007. - №2. - С. 28-33.

2. Дежин Д.С., Кавун Ю.Ю., Ковалев Л.К. Синхронные электродвигатели с радиально-тангенциальными магнитами // Электричество. - 2007. -№11.-С. 16-23.

3. Дежин Д.С., Ковалев К.Л., Ковалев Л.К., Пенкин В.Т. Перспективы использования сверхпроводниковых технологий в электромеханических преобразователях энергии // Известия академии электротехнических наук. - 2008. - №1. - С. 45-63.

4. Дежин Д. С., Ильясов Р. И., Ковалев К. Л., Ковалев Л. К. Электродвигатель с композитным ротором на основе ВТСП, постоянных магнитов и ферромагнитных элементов // Электричество. - 2008. - №8. - С. 40-46.

5. Пат. 71190. Российская Федерация, МПК51 Н02К 55/02, Н02К 1/02. Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с композитным ротором / Дежин* Д.С., Ковалев К.Л., Ковалев Л.К. и др.; заявитель и патентообладатель Московский авиационный институт, опуол. 27.02.08, Бюл. №6. - 2 с.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемых источников и 3 приложений; имеет 165 страниц, 61 рисунок, 12 таблиц и 143 наименования списка литературы на 13 страницах. В первой главе рассматривается состояние разработок в области создания электрических машин на основе сверхпроводимости. Во второй главе представлены аналитические модели двухполюсных ВТСП двигателей с композитным слоисто-блочным ротором. В третьей главе приведены аналитические модели двухполюсных ВТСП двигателей с радиальными ПМ и слоистым сердечником в роторе. В четвертой главе рассматриваются численные методы поверочного расчета магнитных полей и параметров двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей с постоянными

Выводы

11. Для проведения серии экспериментальных исследований синхронных ВТСП двигателей была проведена модернизация криогенного стенда «Центра сверхпроводниковых электрических машин и устройств» кафедры 310 МАИ, обеспечивающего регистрацию и первичную обработку измеряемых параметров.

12. Разработаны конструкции, спроектированы, изготовлены и испытаны экспериментальные модели погружных электрических машин:

- двухполюсного синхронного ВТСП электродвигателя со слоисто-блочным ротором (D х L = 82 х 100 мм) мощностью ~10 кВт;

- двухполюсного синхронного ВТСП электродвигателя со слоистым сердечником и радиальными ПМ (DxL = 62,7 х 80 мм) мощностью ~4 кВт;

- четырехполюсного синхронного ВТСП электродвигателя с радиальными ПМ на роторе (D х L = 84 х 78 мм) мощностью ~15 кВт;

- четырехполюсного синхронного ВТСП электродвигателя с тангенциальными ПМ на роторе (D х L = 84 х 78 мм) мощностью -15 кВт.

13. Эксперименты показали, что созданные опытные модели двух- и четырехполюсных ВТСП двигателей устойчиво работают при температуре жидкого азота при различных режимах нагрузки.

14. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований двухполюсных ВТСП электродвигателей показал, что схема с радиальными ПМ и слоистым сердечником, более эффективна, по сравнению со схемой композитного слоисто-блочного ротора. При этом опытные данные согласуются с теоретическими расчетами в пределах 10 - 15%.

Экспериментальные исследования показали, что в четырехполюсных ВТСП двигателях эффект качания ротора менее выражен, и они обладают более высокой устойчивостью при повышенной нагрузке по сравнению с двухполюсными ВТСП двигателями.

16. Испытания макетные образцов четырехполюсных ВТСП двигателей показали, что они достигают мощности -20 кВт при п = 6000 мин"1 и обладают значительным запасом по опрокидывающему моменту. При этом, конструкция ротора с радиальными ПМ обеспечивает более высокие показатели мощности по сравнению с конструкцией ротора с тангенциальными ПМ.

По работе молено сформулировать следующие основные выводы и результаты:

1. Предложены новые схемы двух- и четырехполюсных синхронных электродвигателей на основе массивных ВТСП элементов и постоянных магнитов, обладающих высокими массоэнергетическими показателями.

2. Разработанные аналитические методики расчета двухмерных магнитных полей и выходных параметров двухполюсных синхронных ВТСП двигателей позволяют проводить сравнительный анализ параметров различных конструктивных схем таких двигателей с учетом физических свойств массивными ВТСП элементов и постоянных магнитов.

3. Показано, что использование в составе ротора ВТСП пластин позволяет существенно повысить магнитную анизотропию ротора путем снижения относительной магнитной проницаемости вдоль поперечной оси q, и, тем самым, значительно увеличить энергетические параметры машины.

4. Для двухполюсного синхронного ВТСП двигателя со слоисто-блочной структурой ротора определены оптимальные значения концентраций постоянных магнитов, массивных ВТСП элементов и ферромагнитных вставок, обеспечивающих получение предельных значений электромагнитной мощности при высоких значениях cos (р.

5. Использование в составе композитного слоисто-блочного ротора пластин из массивных ВТСП элементов позволяет увеличить до 1,5 раз выходную мощность СП синхронных двигателей по сравнению с синхронными электродвигателями аналогичной конструкции (без ВТСП пластин) при тех же режимах охлаждения машины на уровне температур жидкого азота.

6. Расчетно-теоретические исследования показали, что синхронные двигатели с радиальными постоянными магнитами и слоистым сердечником ротора из ферромагнитных и ВТСП пластин, при рациональном выборе толщины ПМ, обеспечивают на 10 - 15 % более высокие энергетические показатели по сравнению с синхронными ВТСП двигателями со слоисто-блочной структурой ротора.

7. Разработаны теоретические методы численного расчета двухмерных магнитных полей и параметров четырехполюсных синхронных электродвигателей с радиальными и тангенциальными ПМ и массивными ВТСП элементами на роторе, позволяющие проводить сравнительный анализ энергетических параметров различных конструктивных схем таких двигателей.

8. Результаты численных расчетов показали, что четырехполюсные синхронные ВТСП электродвигатели с радиальными постоянными магнитами на роторе обеспечивают более высокий уровень мощности по сравнению с ВТСП двигателями с тангенциальными магнитами.

9. Разработаны конструкции, спроектированы, изготовлены и испытаны на стенде кафедры 310 МАИ экспериментальные модели следующих электрических машин:

- двухполюсного синхронного ВТСП электродвигателя со слоисто-блочным ротором (D х L = 82 х 100 мм) мощностью ~10 кВт при частоте вращения п = 3000 мин"1;

- двухполюсного синхронного ВТСП электродвигателя со слоистым сердечником и радиальными ПМ (D х L = 62,7 х 80 мм) мощностью ~4 кВт при частоте вращения п = 3000 мин"1;

- четырехполюсного синхронного ВТСП электродвигателя с радиальными ПМ на роторе (DxL = 84x78 мм) мощностью -15 кВт при частоте вращения п = 6000 мин"1;

- четырехполюсного синхронного ВТСП электродвигателя с тангенциальными ПМ на роторе (D^L = 84x78 мм) мощностью -15 кВт при частоте вращения п = 6000 мин"1.

10. Проведена модернизация криогенного стенда и дооснащение автоматизированного измерительного комплекса, позволяющих производить регистрацию и предварительную обработку экспериментальных данных в реальном масштабе времени во время проведения эксперимента.

11. Экспериментальные исследования двух- и четырехполюсных синхронных ВТСП электродвигателей показали, что они устойчиво работают в среде жидкого азота, обеспечивая высокие удельные массоэнергетические показатели.

12. Полученные экспериментальные характеристики синхронных ВТСП электродвигателей хорошо согласуются с теоретическими данными, что позволяет рекомендовать их для проектных расчетов высокоэффективных ВТСП приводов.

13. На базе теоретических и экспериментальных исследований ВТСП электродвигателей с ПМ сформулированы рекомендации для использования их в качестве приводов криогенных насосов и высокодинамичных приводов испытательных стендов для автомобильной промышленности. 1 2 3 4

5,

6,

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

1. Акимов И.И., Воробьева А.Е., Панцырный В.И., Шиков А.К. Сверхпроводящие материалы на основе ВТСП: технология, свойства, перспективы применения // Сверхпроводимость: исследования и разработки // Межд. журнал. 2002. -№11. - С.25.

2. Алиевский Б.Л., Бертинов А.И., Илюшин К.В. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы. М.: Изд-во МАИ, 1993. -340 с.

3. Альтов В.А., Глебов И.А., Черноплеков Н.А. Сверхпроводниковые технологии — новый этап в развитии электротехники и электроэнергетики // Сверхпроводимость: исследования и разработки // Межд. журнал. 2002. -№ 11.-С.5.

4. Балагуров В. А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высшая школа, 1982.

5. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов А.Н. Электрические машины с постоянными магнитами. -М.: Энергия, 1964.

6. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. — М.: Энергия, 1970.-375 с.

7. Брехна Г. Сверхпроводящие магнитные системы. М.: Мир, 1976. - 704 с.

8. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженерови учащихся втузов. М.: Наука, 1981.

9. Буккель В. Сверхпроводимость. М.: Мир, 1975. - 366 с.

10. Бут Д.А. Основы электромеханики. -М.: МАИ, 1996.

11. Бухгольц В. Расчет электромагнитных полей. М.: Мир, 1970.

12. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978

13. Высоцкий B.C., Сытников В.Е., Ильюшин К.В., Ковалев Л.К., Ковалев К.Л.,

14. Егошкина Л.А. и др. Сверхпроводимость в электромеханике иэлектроэнергетике // Электричество. 2005. - №7. - С. 31—41.

15. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. — М.: Энергия, 1968. —486 с.

16. Гольдберг О.Д., Турин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.: Высшая Школа, 1984.

17. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.: Изд-во АН СССР, 1948.

18. Дежин Д.С., Ильясов Р.И., Илюшин К.В., Ковалев Л.К., Конеев С.М.-А., Полтавец В.Н. Синхронные двигатели с объемными высокотемпературными сверхпроводниковыми элементами и возбуждением от постоянных магнитов // Электричество. 2007. - № 2. - С. 28-33.

19. Дежин Д.С., Ильясов Р.И., Ковалев K.JL, Ковалев JI.K. Электродвигатель с композитным ротором на основе ВТСП, постоянных магнитов и ферромагнитных элементов // Электричество. 2008. - №8. - С. 40-46.

20. Дежин Д.С., Кавун Ю.Ю., Ковалев Л.К. Синхронные электродвигатели с радиально тангенциальными магнитами // Электричество. 2007. - №11. -С. 16-23.

21. Дежин Д.С., Ковалев К.Л., Ковалев Л.К. Двигатели с композитным ротором на базе ВТСП и постоянных магнитов // Авиация и космонавтика 2006:

22. Сборн. тез. докл. Москва, 23-26 октября 2006. С. 370.

23. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитных полей в электрических машинах. J1.: Энергоатомиздат, 1983. - 254 с.

24. Зоммерфельд А. Электродинамика. М.: Иностранная литература, 1958.

25. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980.

26. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов: в 2 т. 3-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 652 с.

27. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах. М.: Высшая школа, 1989.

28. Илюшин К.В., Ковалев JT.K., Конеев С.М.-А., Синхронные генераторы с возбуждением от высокотемпературных сверхпроводниковых магнитов // Электричество. -2005. -№1.

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

30. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. -М.: Наука, 1973.-576с.

31. Карслоу Э. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1970. - 596 с.

32. Ковалев К.Л. Электрические машины на основе высокотемпературных сверхпроводников. Состояние разработок и перспективы развития // Наука производству. 2000. - №10.

33. Ковалев К.Л., Ильюшин К.В., Ковалев К.Л., Ларионов С.А. Исследование реактивного электродвигателя с объемными ВТСП элементами в роторе // Электричество. 2002. -№5.

34. Ковалев К.Л., Илюшин К.В., Конеев С.М-А. Синхронные высокотемпературные сверхпроводниковые электродвигатели с комбинированным ротором // Электричество. 2006. - №10.

35. Ковалев К.Л., Ларионов С.А., Модестов К.А. Численные методы расчетапараметров реактивных высокотемпературных сверхпроводниковых электродвигателей // Электричество. 2006 - №7.

36. Ковалев К.Л., Семенихин B.C., Илюшин К.В., Ковалев JT.K. Сверхпроводниковая пластина в однородном магнитном поле // Электричество. 2003. - №5.

37. Ковалев JI.K., Алиевский Б.Л., Илюшин К.В., Конеев С.М-А., Шиков А.К., Акимов И.И., Ковалев К.Л., Пенкин В.Т., Егошкина Л.А. Сверхпроводниковые электрические машины: состояние разработок и перспективы развития // Электричество. 2002. - №5.

38. Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Ковалев К.Л. Электрические машины на основе высокотемпературных сверхпроводников. Состояние разработок и перспективы развития // Наука производству. 2000. - №10.

39. Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Ковалев К.Л., Акимов И.И. и др. Новые типы сверхпроводниковых электрических машин // Сверхпроводимость: исследования и разработки // Межд. журнал. 2002. - №4. - С. 22-34.

40. Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Ковалев К.Л., Пенкин В.Т., Егошкина Л.А. Новые типы сверхпроводниковых электрических машин // Сверхпроводимость: исследования и разработки // Межд. ж. 2002. - №11. -С. 22-34.

41. Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Пенкин В.Т., Ковалев К.Л. Гистерезисные электрические машины с ротором из высокотемпературных сверхпроводников. // Электричество. 1994, №6.

42. Ковалев JI.K., Илюшин К.В., Пенкин В.Т., Ковалев К.Л. Применение объемных высокотемпературных сверхпроводников в электромеханических преобразователях. // Сверхпроводимость: исследования и разработки // Межд. ж. 1995. -№5-6.

43. Ковалев Л.К., Ковалев К.Л., Конеев С.М-А., Илюшин К.В., Полтавец В.Н., Ларионов С.А., Модестов К.А. Реактивные ВТСП электродвигатели со слоистым композитным ротором // Электричество. 2003. - №9.

44. Ковалев Л.К., Конев С.М-А., Илюшин К.В., Ларионов А.Е., Ковалев К.Л., Гавалек В. Процессы намагничивания монодоменных ВТСП элементов и их применение в криогенных электрических машинах. // Электричество. — 2002. -№3.

45. Кононенко Е.В. Синхронные реактивные машины. М.: Энергия, 1970.

46. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Логос, 2000. - 606 с.

47. Коськин Ю.П., Цейтлин Л.А. Синхронные машины с немагнитным ротором. Л.: Энергоатомиздат, 1990.

48. Криогенные электрические машины / Под ред. Н.Н. Шереметьевского М.: Энергоатомиздат, 1990.

49. Кузнецов В.А. Моделирование магнитных полей и процессов в электромеханических преобразователях // Труды МЭИ. 1993. - вып. 665.

50. Курант Р. Уравнения с частными производными. М.: Мир, 1964. - 830 с.

51. Курант Р., Гильберт Д. Методы математической физики М.: Техтерлит, 1951.-Т. 2.-541 с.

52. Лаврентьев В.П. Методы теории функций комплексной переменной. М.: Высшая школа, 1975.

53. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2001. - 620 с.

54. Левич В.Г. Курс теоретической физики. М.: Наука, 1969. - Т. 1-2.

55. Лобынцев В.В. Сверхпроводниковые синхронные компенсаторы // Сверхпроводники для энергетики. 2007. - Т.4. - Вып. 2.

56. Лопухина Е.М., Сомихина Г.С. Расчет асинхронных электродвигателей однофазного и трехфазного тока. М.: Госэнергоиздат, 1961.

57. Методы расчета электромагнитных полей в программе «Elcut» Электронныйресурс. / Производственный кооператив «ТОР» Режим доступа: http://tor.ru/elcut/demo/index.htm, свободный. - Загл. с экрана.

58. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов программе «ELCUT» Электронный ресурс. / Производственный кооператив «ТОР», Санкт-Петербург. Режим доступа: http://www.tor.ru/elcut/demo/Manual.pdf, свободный. - Загл. с экрана.

59. Накопители энергии / Бут Д.А., Алиевский Б.Л., Мизюрин С.Р., Васюкевич П.В. -М.: Энергоатомиздат, 1991.

60. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. — Л.: Энергоиздат, 1981. Т. 1-2.

61. Пат. 2129329. Российская Федерация. Синхронная реактивная машина / Ковалев Л.К, Илюшин К.В., Полтавец В.Н. и др.; Московский авиационный институт. опубл. 20.04.1999

62. Пат. 2180156. Российская Федерация. Сверхпроводниковая синхронная машина / Ковалев Л.К., Илюшин К.В., В.Н. Полтавец и др.; Московский авиационный институт. опубл. в БИ, 2002, №6.

63. Роуз-Инс А., Родерик Е. Введение в физику сверхпроводимости. М.: Мир, 1972.

64. Самарский В.Г. Уравнения математической физики. М.: Высшая школа, 1980.

65. Сверхпроводимость: мифы и реальность. Отд. выпуск // Наука — производству. 2000. —№10.

66. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы / Бертинов А.И., Алиевский Б.Л., Илюшин К.В., Ковалев Л.К., Семенихин B.C.; Под ред. Б.Л. Алиевского М.: Изд-во МАИ, 1993. - 340 с.

67. Сверхпроводящие машины и устройства / Под ред. С. Фонера и Б. Шварца. -М.: Мир, 1977.-760 с.

68. Смирнов В.И. Курс высшей математики. М.: Физматлит., 1970. - Т. 1-2.

69. Соболев C.JI. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1970. - 434 с.

70. Солнцев Ю.П., Степанов Г.А. Материалы в криогенной технике. Справочник. JI.: «Машиностроение» Ленинградское отделение, 1982.

71. Специальные электрические машины: в 2 т. / Под. ред. Б.Л. Алиевского М.: Энергоатомиздат, 1993.

72. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников. /Под ред. Гинзберга Д.М. М.: Мир, 1990. - 543 с.

73. Черноплеков Н.А., Волков Э.П. и др. Сверхпроводимость и перспективные виды электротехнического оборудования передачи и распределения энергии. // Труды VI Симпозиума «Электротехника 2010». Т.7.

74. Чубраева Л.И. Генераторы нетрадиционного исполнения. Л.: Наука, 1991. -243 с.

75. Шавкин С.В., Щербаков В.И. Сверхпроводниковая электротехника в США // Инф. бюллетень «Сверхпроводники для электроэнергетики» — 2008. — Т.5. — Вып.1.

76. Шимони К. Теоретическая электротехника. М.: Мир, 1964. - 760 с.

77. Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. М.: МЦННО, 2000.

78. Щербаков В.И. ВТСП моторы и генераторы для нужд флота // Инф. бюллетень «Сверхпроводники для электроэнергетики» — 2007. — Т.4. — Вып.З.

79. Aized D., B.B.Gamble, A.Sidi-Yekhlef, J.P.Voccio etc. Status of the 1000 hp HTS Motor Development // IEEE Trans, on Appl. Superconductivity. 1999. -Vol.9, N.2. - P. 1197-1200.

80. Alex P. Malozemoff. The New Generation of Superconductor Equipment for the Electric Power Grid // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2006. -vol.16.-N.l.

81. Blaugher R.D. Superconducting Electric Power Applications // Advances in Cryogenic Engineering. 1996. - Vol.42.

82. Bout D., Kovalev K., Koulikov N. Special Electrical Machines Perspectives // Proceedings of V Intern. Conf. on Unconventional and Electrical Systems, 5-8 September 2001, Poland.

83. Bradley P.E., Radebaugh R., Lewis, M.A. Cryogenic material properties database, update 2006 // CryoPrague-2006: Book of abstracts. July 17-21, 2006. Praha, Czech republic. - P. 193.

84. Charles P. Pools, Horacio A. Farach, Richard J. Creswick. Superconductivity / Academy Press. 1995. - 620p.

85. Chubraeva L. Possible applications of superconducting electrical machines // Superlattices and Microstructures. 1997. - No 18. - P. 1282-1288.

86. Chubraeva L.I. Investigation of Superconducting Turbogenerator Operation in the Network // ICEC 16/ ICMC '96.

87. ELCUT®. Моделирование двумерных магнитных полей методом конечных элементов. Руководство пользователя // Производственный кооператив ТОР. Санкт-Петербург, 2005.

88. Freyhardt Н. Coated conductors // EUCAS 2001, Copenhagen. 26 - 30 August 2001.

89. Gamble В., Snitchler G., Schwall R. Prospects for HTS Applications // American Super conductor Corporation, Westborough, MA, USA.

90. Gawalek W., Habisreuter Т., Gornet P., Kovalev L. Characterisation on Melt Textured YBCO for Cryomagnetic Applications // 8th German-Russian-Ukrainian Seminar on HTS. Lviv, Ukraine, September 1995.

91. Gubser D. Naval power applications of superconductivity // CryoPrague-2006: Book of abstracts. July 17 21, 2006. - Praha, Czech republic. - P. 223.

92. Habisreuther Т., Litzkendorf D., Gawalek W. Melt Textured YBCO for 100 kW Electromotor // Proceeding on Applied Superconductivity Conference. 1998. Palm1. Desert California, USA.

93. Habisreuther Т., Litzkendorf D., Strasser Т., Wu M., Zeisberger M., Gawalek W. Melt-Textured YBCO for 10 kW Electromotors at 77 К // Proceedings of Applied Superconductivity Conference, 13-18 September 1998, Palm Desert California, USA.

94. Han Z., Ни X.H. Power application of superconductivity technology in China // Superconductor science and technology. 2006. - Vol.19. -N 3. - P. 109-113

95. Hull J.R. Applications of Bulk High-Temperature Superconductors // The 1995 International Workshop on Superconductivity Co-sponsored by ISTEC and MRS.

96. Hull J.R. Applications of high-temperature superconductors in power technology // Rep. Prog. Phys. 2004.

97. Itoh Y., Yanaci Y., Yoshikawa M., Oka Т., Harada S., Sakakibara I., Yamada Y., Mizutani U. High-Temperature Superconducting Motor Using Y-Ba-Cu-0 Bulk Magnets // Jpn. Appl. Phys. 1995. Vol.34. - Part 1. -N.10. - P. 5574-5578.

98. Izumi M., Matsuzaki H., Kimura Y., Ohtani I., etc. Design and development of HTS rotating machines for propulsion and other application // CryoPrague-2006: Book of abstracts. July 17 21, 2006. - Praha, Czech republic. - P. 102.

99. Jacek F. Gieras, Mitchell Wing. Permanent Magnet Motor Technology/ New York, Basel, 2002.

100. Jiang Y., Pei R., Hong Z., Song J., Fang F., Coombs T.A. Design and control of a superconducting synchronous motor // Superconductor science and technology. -2007. Vol. 20. - P. 585-591

101. Jo Y-S., Nakamura Т., Hoshino Т., Chung Y-D., Hong J-P., Kwon Y-K. Characteristic study and three dimensional magnetic field analysis of the superconducting synchronous machine // Physica C. 2004. -N416. - P. 108-114

102. Jung H-J., Nakamura Т., etc. Preliminary Test Result of Radial-Type Sintered Sm-123 Bulk Motor // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol.15, №2, June 2005

103. Kovalev K. New Types of Superconducting Electrical Machines and Devices. 7-th International Workshop "MSU-HTSC VH". Moscow, Russia. June 2004.

104. Kovalev K., Gawalek W. State of Art in HTS Electrical Machinery // 3rd Intern. Workshop on Processing and Applications of Superconductivity (Re) BCO Large

105. Grain Materials, 11-13 July, 2001, Seattle, USA.

106. Kovalev K., Ilushin K., Koneev S., Poltavets V., Gawalek W. and Oswald B. HTS Electric Motors with Compound HTS-Ferromagnetic Rotor // Proceedings of ICEC-17, 13-17 July, 1998, Bournemouth, UK.

107. Kovalev K., Ilushin K., Penkin V., Kovalev L., Oswald B. Electrical Machines with Bulk HTS Elements // MSU-HTSC-VI, 24-30 June 2001, St.-Petersburg.

108. Kovalev K., Ilushin K., Poltavets V., Koneev S. Superconducting Machines and Devices on the Base of Bulk HTS. Advanced Studies on Superconducting Engineering. Proceedings of ASSE-2004. Budapest, Hungary 2004. P. 274-308.

109. Kovalev L., Koneev S., Ilushin K, High Output Power Reluctance Electric Motors with Bulk HTS Elements // ICEM-2001, Electrical Machines and System, 18-20 August 2001, Shenyang, China.

110. Kovalev L.K., Koneev S.M.-A., Poltavec V.N., Ilushin K.V., Ilyasov R.I. Synchronous motors with bulk HTS elements with excitation from permanent magnets // CryoPrague-2006: Book of abstracts. July 17 21, 2006. - Praha, Czech republic. - P. 101.

111. Kummeth P., Ries G., Nick W., Neumuller H-W. Development and characterization of magnetic HTS bearings for a 400 kW synchronous HTS motor // Superconductor science and technology. 2004. - Vol. 17. - P. 259-263

112. Malozemov A.P. The New Generation of Superconductor Equipment for the Electric Power// IEEE Transaction on applied superconductivity. 2006. -Vol.16.-N.l.

113. Masson P.J., Brown G.V., Soban D.S. and Luongo C.A. HTS machines as enabling technology for all-electric airborne vehicles // Submitted to Institute of Physics Publishing for peer review on 26 April 2007

114. Mayergowz I. Nonlinear Diffusion of Electromagnetic Fields / Academy Press. -1988.-412p.

115. Mikhailov B.P. High-Temperature Superconductors (HTSCs): Investigation, Designs, and Applications // Russian Journal of Inorganic Chemistry, vol. 49, Suppl. 1, 2004, pp. S57-S85.

116. Murakami M. Recent development of bulk high temperature superconductors in Japan // 3rd Intern. Workshop on Processing and Application of Superconducting (Re)BCO Large Grain Materials, 11-13 July 2001, Seattle, USA.

117. Murakami M. Supercond. Sci. Technol. 13 448, 2000.

118. Naoki Maki, Tomoaki Takao etc Study of Practical Applications of HTS Synchronous Machines // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol.15, №2, June 2005

119. Oswald В., Krone M., Soil M., Strasser Т., Kovalev K., Oswald J., Best K.-J., Gawalek W. Superconducting Reluctance Motors with YBCO Bulk Materials // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, June 1999. Vol. 9. - No 2. -Part 1. -P. 1201-1204.

120. Oswald В., Soil M., Gawalek W., Kovalev L., Gutt H.J., Fuchs W. Electric Motors with HTSC Bulk Materials // Proceedings of ICEC-17. 13-17 July, 1998. P. 547-550, Bournemouth, UK.

121. Prikhna Т., Gawalek W., Kiabbes G. High pressure synthesis of MgB2 // Physica С-2002. P.372-376.

122. Ryu K-S., Jo, Y-S., Park M. Overview of the development of the advanced powersystem by the applied superconductivity technologies programme in Korea // Superconductor science and technology. 2006. - Vol.19. -N 3. - P. 102-108.

123. Selvamanickam V. et al., "Progress in scale up of 2G conductor at SuperPower" presentation at Superconductivity for Electric Systems-2007 Annual DOE Peer Review. 2007. Arlington. VA. USA.

124. Selvamanickam V., "Superpower's second generation HTS conductors: status & outlook", Presented at 2006 DOE Wire Development Workshop, USA, Florida, St. Petersburg.

125. Swam S., Kalsi, K., Weeber, H., Takesue etc. Development Status of Rotating Machines Employing Superconducting Field Winding // Proceeding of the IEEE, vol.92, №10, October 2004.

126. Teranishi R., Izumi Т., Shiohara Y. Highlights of coated conductor development in Japan // Superconductor science and technology. 2006. - Vol.19. - N3. -P. 4-12.

127. Y. Jiang, R. Pei Design and control of a superconducting permanent magnet synchronous motor // Institute of Physics Publishing. 2007.

128. Yamaguchi К., Takachashi M., Shiobara R,, Tanigushi Т., Tomeoku H., Sato M., Sato H., Chida Y., Ogihara M. et al. 70 MW Class Superconducting Generator Test // IEEE Trans, on Appl. Super conductivity. 1999. - Vol. 9. - No 2. - P. 1209-1212.

129. Zheng L., Wu T.X., Acharya D. Design of a Superhigh-Speed Cryogenic Permanent Magnet Synchronous Motor // IEEE Transactions on Magnets, vol.41, №10, September 2005.