Магнитные и транспортные характеристики элементов ВТСП генератора на основе незамкнутых сверхпроводящих обмоток

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель. Сравнение магнитных и транспортных характеристик рейстрек-катушек и незамкнутых ВТСП обмоток.

Методы. Численный анализ выполнен методом конечных элементов в среде моделирования Comsol Multiphysics.

Результаты. Для этих геометрий, характерных в электромагнитных системах ВТСП генератора, выполнен расчет распределений токов, магнитных полей и температур в условиях воздействия постоянного транспортного тока, а также выполнен расчет потерь на переменном токе при различных амплитудах и частотах токовой нагрузки в условиях охлаждения жидким азотом.

Заключение. В условиях охлаждения жидким азотом рейстрек-катушки обладают лучшими магнитными и транспортными характеристиками в сравнении с незамкнутыми кольцевыми ВТСП обмотками, на что решающее влияние оказывает их геометрический фактор. Наиболее выгодной конфигурацией обмотки элементов ВТСП генератора при азотном охлаждении является рейстрековая катушка.

Об авторах

Ирина Валерьевна Мартиросян

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Автор, ответственный за переписку.
Email: mephizic@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2301-1768
SPIN-код: 3368-8809

кандидат физико-математических наук, инженер-исследователь

Россия, Москва

Дмитрий Александрович Александров

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Email: cfrfcfrfdima123@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-7383-0094
SPIN-код: 5365-6190

инженер-исследователь

Россия, Москва

Сергей Владимирович Покровский

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Email: sergeypokrovskii@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3137-4289
SPIN-код: 6643-7817

кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лаборатории

Россия, Москва

Список литературы

  1. Barnes PN, Sumption MD, Rhoads GL. Review of high power density superconducting generators: Present state and prospects for incorporating YBCO windings. Cryogenics. 2005;45(10):670–86. doi: 10.1016/j.cryogenics.2005.09.001
  2. Haran KS, Kalsi S, Arndt T, et al. High power density superconducting rotating machines–development status and technology roadmap. Superconductor Science and Technology. 2017;30(12):123002. doi: 10.1088/1361-6668/aa833e
  3. Kalsi SS, Weeber K, Takesue H, et al. Development status of rotating machines employing superconducting field windings. Proceedings of the IEEE. 2004;92(10):1688–704. doi: 10.1109/JPROC.2004.833676
  4. Kim C, Sung HJ, Go BS, et al. Design, Fabrication, and Testing of a Full-Scale HTS Coil for a 10 MW HTS Wind Power Generator. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2021;31(5):1–5. doi: 10.1109/TASC.2021.3059223
  5. Song X, Mijatovic N, Kellers J, et al. A Pole Pair Segment of a 2-MW High-Temperature Superconducting Wind Turbine Generator. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2017;27(4):1–5. doi: 10.1109/TASC.2017.2656778
  6. Gamble B, Snitchler G, MacDonald T. Full Power Test of a 36.5 MW HTS Propulsion Motor. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2011;21(3):1083–8. doi: 10.1109/TASC.2010.2093854
  7. Moon H, Kim Y-C, Park H-J, et al. An introduction to the design and fabrication progress of a megawatt class 2G HTS motor for the ship propulsion application. Superconductor Science and Technology. 2016;29(3):034009. doi: 10.1088/0953-2048/29/3/034009
  8. Sivasubramaniam K, Zhang T, Lokhandwalla M, et al. Development of a High Speed HTS Generator for Airborne Applications. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2009;19(3):1656–61. doi: 10.1109/TASC.2009.2017758
  9. Terao Y, Seta A, Ohsaki H, et al. Lightweight Design of Fully Superconducting Motors for Electrical Aircraft Propulsion Systems. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2019;29(5):1–5. doi: 10.1109/TASC.2019.2902323
  10. Hahn S, Park DK, Bascunan J, Iwasa Y. HTS Pancake Coils Without Turn-to-Turn Insulation. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2011;21(3):1592–5. doi: 10.1109/TASC.2010.2093492
  11. Zanegin SY, Ivanov NS, Shishov DM, et al. AC losses test of HTS racetrack coils for HTS motor winding. J. Phys.: Conf. Ser. 2020;1559(1):012142. doi: 10.1088/1742-6596/1559/1/012142
  12. Zhang G, Chen B, Song F, et al. Optimal Design of an Innovative High Temperature Superconducting Generator With the Evaporative Cooling Stator and the Magnetic Flux Oriented Rotor. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2007;17(2):1545–8. doi: 10.1109/TASC.2007.898197
  13. Gao Y, Wang W, Wang X, et al. Design and Study of a 2G HTS Synchronous Motor With Brushless HTS Flux Pump Exciters. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2019;29(5):1–5. doi: 10.1109/TASC.2019.2898505
  14. Jeon H, Lee J, Han S, et al. PID Control of an Electromagnet-Based Rotary HTS Flux Pump for Maintaining Constant Field in HTS Synchronous Motors. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018;28(4):1–5. doi: 10.1109/TASC.2018.2822704
  15. Alexandrov DA, Martirosian IV, Pokrovskii SV, et al. Energy capacity and energy losses of inductive energy storage device based on composite HTS tapes MTST. 2024;10(2):215–30. doi: 10.17816/transsyst632274

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная схема рейстрек-катушки

Скачать (104KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Принципиальная схема круговой обмотки

Скачать (65KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчетные распределения магнитного поля (Тл) рейстрек-катушки (слева) и кольцевой обмотки (справа) при амплитуде постоянного транспортного тока 85 А. Количество обмоток в каждой из катушек составляет 40. Критический ток лент 120 А

Скачать (157KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределения магнитного поля (Тл) в центральном сечении незамкнутых ВТСП катушек при транспортном токе 85 А (~0,7 Jc). Количество обмоток в каждой из катушек составляет 40. Критический ток лент 120 А

Скачать (208KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределения температур в центральном сечении и на поверхности 40-слойной рейстрек-катушки при пропускании через нее постоянного транспортного тока амплитуды 85 А

Скачать (95KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределения температур в центральном сечении и на поверхности 40-слойной кольцевой обмотки при пропускании через нее постоянного транспортного тока амплитуды 85 А

Скачать (145KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Расчетные вольтамперные характеристики исходной ВТСП ленты, кольцевой обмотки и рейстрек-катушки с учетом варьирования критического тока лент по длине на величину 15%

Скачать (135KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Расчетные логарифмические зависимости потерь на цикл от амплитуды переменного тока для рейстрек-катушки, охлаждаемой жидким азотом

Скачать (131KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Экспериментальные и расчетные логарифмические зависимости потерь на цикл от амплитуды переменного тока для незамкнутой кольцевой обмотки при охлаждении жидким азотом

Скачать (117KB)
Метаданные

© Мартиросян И.В., Александров Д.А., Покровский С.В., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).