超導發電機

超導技術可以使發電機和電動機小型化，而功率更強大，工作性能更穩定，以取代目前龐大笨重的發電設施，也為電動機的低噪聲化和軍用提供可能性。

基本介紹

• 中文名：超導發電機
• 外文名：Superconducting generator
• 歸屬：材料科學
• 套用：超導
• 性質：發電機

簡介

超導發電機是電機領域的一種新型電機，具有功率密度大、同步電抗小、效率高、維護方便等優點，將成為本世紀最有潛力、最理想的能源轉換裝置。超導發電機之所以具有這些優點是因為超導發電機中包含有超導磁體，超導磁體能否正常運行是決定超導發電機成敗的一個關鍵因素。

特點

超導發電機可從以下方面改善電力系統：

①能夠極大地降低製造成本及其運行成本；

②可以增加電網的穩定性；

③超導發電機本身在高電壓下運行，故可省去升壓變壓器；

④與目前常用的交流短距離輸變電進行對比研究後發現，將超導發電機的輸出轉變成直流進行輸變電也是有益的。

研究證實，超導發電機具有以下特性：負載範圍內有較高的效率；體積、質量小，有較高的功率密度；噪聲小；使用壽命長；生產成本低；負序能力較強；可增強電網的穩定性；維護要求低。

分類及結構

分類

根據磁通方向，超導發電機可以分為徑向磁通電機和軸向磁通電機兩種。現有的超導發電機中，徑向磁通電機占有絕對優勢。雖然軸向磁通電機沒有得到很好的推廣，但其可通過增加轉子盤的數量和定子單位而得進一步最佳化，故今後會越來越多地引起人們的重視。

結構

超導發電機的基本構成包括超導勵磁繞組、支架結構、冷卻迴路、低溫恆溫器、電磁禁止、電樞繞組、交流定子繞組、機座鐵心、定子繞組支架、軸承和機殼。轉子勵磁繞組使用超導材料的超導發電機的基本構造。該類發電機稱為半超導發電機；如果電樞繞組也採用超導體，則稱為全超導發電機。

製造工藝

1、繞組的支撐省去鐵芯後，繞組的支撐問題是值得思考的問題。

2、真空密封

旋轉輸液密封裝置是超導同步發電機的關鍵部件之一。其性能的優劣直接影響超導同步發電機能否安全可靠地運行。為保證勵磁線圈的深冷狀態，液氦深冷裝置必須具有絕緣、隔熱、真空密封和較高強度等性能，故真空密封問題是未來應關注的問題。

超導發電機

3、繞組的製造

目前，可供有效替代的、同時具備電氣、機械性能的超導材料的研究進展緩慢，繞組的製造工藝變化也不大。不過，最近已有學者提出用雙電樞概念來解決超導發電機中存在的問題|。

4、線圈檢測及保護

超導發電機基本工作在大功率情況下。大功率套用喻示有較多匝數、大的線圈(尤其是電樞)，在系統中將導致大的阻抗和大量的能量儲存。當危及線圈時，應有線圈抑制，能量必須快速移除，以阻止形成的熱點。

5、可靠性驗證

超導發電機磁負荷較大(約5T)，但要達到實用、大容量，提高臨界送電能力和與常規發電機並列運行的能力，必須確保全全穩定運行，故對超導發電機可靠性的要求較高。如何進行可靠性驗證是一個需要思考的問題。

套用

1、工業套用

隨著對超導發電機研究的不斷深入以及超導技術的不斷發展，超導發電機很可能成為軋鋼、風機、微機械系統、化工、航天航空、採礦、石油與天然氣精煉以及其他重工業等領域的理想動力。超導電力技術在超導電纜、超導變壓器、超導儲能、超導電動機等領域將有廣泛套用。超導發電機在工業上的套用將主要圍繞風力發電和水力發電領域。

2、軍事套用

未來，全電艦船上的電源、飛機上的電驅動電源、主動的空運驅逐系統與自保護系統等都將出現超導發電機的身影；艦船及航空器上的雷射束武器也將是超導發電機大顯身手的地方。

3、在大功率風力發電機方面的套用

與傳統的風力發電機相比，超導發電機的質量和體積可以減少50%以上(5MW以上的傳統風力發電機質量太大)，具有更高的效率，並有可能省去齒輪變速箱，變為直驅系統。目前，永磁直驅風力發電機是一個研究熱點，但近年來，作為能源物資的稀土永磁體的價格不斷提高，並且成為了國家控制商品。而超導發電機在性能上已遠遠優於永磁直驅發電機，從材料上也不受稀土永磁體的限制，因此，它將具有非常廣闊的套用前景。

4、特殊套用

隨著塗層超導體價格的不斷降低，超導發電機也可能作為新的發電裝置，被用於新一代的火箭系統中，並在無損耗輸電、生物醫學、磁懸浮運輸和航空航天等領域中大有作為。