General Electric разрабатывает униполярные электрические машины с ВТСП обмотками подмагничивания для использования на флоте
2008, Tом 5, выпуск 3
Тематика: ВТСП устройства
Компания General Electric (США) прикладывает большие усилия по разработке и созданию мощных униполярных ВТСП генераторов и электродвигателей для нужд флота. Униполярные электрические машины с ВТСП обмотками подмагничивания имеют целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными электрическими машинами, особенно при высокой частоте вращения. В рамках проекта AFRL (Air Force Research Lab) компания General Electric разрабатывает униполярный генератор с ВТСП обмотками подмагничивания мощностью 5 МВт и частотой вращения 16000 об/мин для последующего использования в мощных авиационных энергетических установках. Демонстрационный образец 1 МВт униполярного генератора уже был изготовлен и успешно испытан. Результаты испытаний в ближайшее время будут опубликованы. На основании полученного в ходе работ по проекту AFRL опыта в General Electric была поставлена задача разработки ВТСП униполярных электрических машин для нужд флота: основных и вспомогательных генераторов, гребных электродвигателей, различных вспомогательных электродвигателей. Компанией General Electric было разработано четыре демонстрационных образца электрических машин с ВТСП обмотками подмагничивания для флота, среди них: основной генератор мощностью 36 МВт (3600 об/мин) и гребной электродвигатель мощностью 36 МВт (120 об/мин). Так-же были разработаны вспомогательные генератор (7000 об/мин) и электродвигатель (132 об/мин), оба на 4 МВт.
Рис 1. Генератор с ВТСП обмотками подмагничивания.
На рис. 1 изображена схема ВТСП униполярного генератора, состоящего из ВТСП обмотки подмагничивания постоянного тока, стального ротора и медного статора. Параметры обмотки статора и его железного ярма оптимизированы с целью получения наилучших характеристик. Полюса ротора достаточно сильно выступают, полюса на одном из концов ротора смещены на 45° относительно полюсов на другом его конце. ВТСП обмотка подмагничивания работает при температуре 30 К, в замкнутом цикле охлаждения от криокулера. Использование небольшой одиночной ВТСП катушки снижает требования к системе охлаждения и сокращает стоимость устройства. В таблице 1 приведены основные технические параметры для всех четырех разработанных устройств. Для сравнения, обычный униполярный генератор мощностью 25 МВт (3600 об/мин) имеет диаметр около 3 м, длину 5 м при весе в 57 тонн. Наиболее эффективно электрические машины с ВТСП обмотками подмагничивания работают при высокой частоте вращения.
Таблица 1.Основные параметры электрических машин с ВТСП обмотками подмагничивания.
На основании проведенных исследований в General Electric пришли к заключению, что униполярные электрические машины с ВТСП обмотками подмагничивания при высокой частоте вращения (3600 об/мин или более) практически не уступают значительно более сложным устройствам с ВТСП статором и ротором. Параметры тихоходных гребных электродвигателей с ВТСП обмотками подмагни-чивания при частотах вращения около 120 об/мин будут хуже чем, для электрических машин с полностью ВТСП статором и ротором. Однако цена устройств с ВТСП обмотками подмагничивания, будет заведомо ниже, что может стать решающим аргументом в их пользу.