基于国产YBCO带材的高温超导发电机的研制

随着可再生能源工业的发展对发电机技术提出更高容量和更大功率密度的需求,高温超导发电机在海上风力发电机领域有着广阔的应用前景。中国科学院电工研究所与上海电气集团上海电机厂有限公司合作研究高温超导发电机技术并研制基于国产YBCO带材的500 kW高温超导发电机原理样机。500 kW高温超导发电机为首台基于国产YBCO超导带材的高温超导发电机。目前,超导发电机已经完成研制工作并进行满负荷运行测试,电机运行良好,各项指标依据国标测试达到预期值。该文着重介绍500 kW高温超导发电机系统的研制工作,其中包括国产YBCO带材和9%Ni低温导磁钢的电磁特性研究,超导励磁绕组的优化设计和研制,同时介绍500 kW高温超导发电机的系统级测试工作,包括空载特性、负载特性、满载效率,并给出相应实验测试结果。

海上风力发电用静态密封双定子高温超导发电机的样机研制与测试

海上风力发电是可再生能源的重要发展方向之一,为了降低发电成本,海上风力发电机组的单机容量越来越大,目标是10MW及以上级别。而高温超导直驱发电机具有体积小、重量轻的优势,是大型海上风电机组中最具有竞争力的方案之一。然而基于电励磁同步电机拓扑结构研发的超导励磁直驱风力发电机面临着冷却液旋转密封、电流传输有刷、力矩管设计困难等技术难题。为解决上述难题,基于电机气隙磁场调制理论提出一种静态密封双定子高温超导风力发电机,可实现冷却液的静态密封和电流无刷传输,还可降低力矩管的设计难度。重点介绍该静态密封双定子高温超导发电机的拓扑结构、工作原理以及一台10kW样机的电磁性能、制造过程、实验平台与测试研究。该样机的成功制造与测试,验证了静态密封双定子高温超导发电机原理的可行性,总结了一整套制造与实验方法,为该型超导电机未来的工程应用提供参考。

MgB_2高温超导发电机设计及转子结构优化

高温超导发电机由于转子无铁芯,导致气隙磁场畸变,严重影响发电机的输出性能。本文使用MgB2线材作为高温超导发电机的励磁绕组,并将灰色系统理论引入到高温超导发电机的励磁绕组结构的设计中,解决了转子无铁芯型高温超导电机励磁绕组端部气隙磁场畸变的优化问题。借助电磁场有限元程序设计方法,成功设计了一台功率为50kW的高温超导发电机。

高温超导同步发电机的励磁绕组优化

本文主要研究高温超导电机的磁密,分析了影响超导电机磁密因素,并获得最佳磁密。

船用高温超导推进电动机技术与应用前景

在高温超导材料发现和研究近20年的时间里,高温超导技术的应用取得了令人瞩目的成就。尤其在舰船电力推进领域,兆瓦级甚至数十兆瓦级高温超导同步交流电动机已经或即将交付海军使用。新型的高温超导发电机正在研发之中。可以展望,在不久的将来,高温超导全电力舰船将出现在人们的视野中。

两种减少高温超导风机交流损耗的结构优化方法

超导线圈的制冷问题是高温超导(HTS)风力发电机研究中的一个重点,尤其是在使用接触式制冷的超导电机中,现有制冷机的制冷功率普遍较低,这就要求超导线圈的交流损耗不能太大。在超导风力发电机中,为了减少交流损耗,通常将超导线圈放置在转子中作为励磁线圈使用。在定子齿部材料为铁磁材料的旋转电机中,气隙磁场会发生畸变,转子旋转时超导线圈处会出现交变磁场,产生交流损耗。通过有限元软件仿真,以使用接触式制冷系统的2.5MW高温超导风力发电机为研究对象,证明使用铁磁材料的定子齿部结构是造成超导线圈处交变磁场和交流损耗的主要原因。采用均一化模型计算交流损耗,提出两种减小交变磁场和交流损耗的结构优化方法,即定子齿部采用非磁性材料和在气隙处增加磁屏蔽层。