ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : ELEKTRYKA z . 38
________ 1972 Nr k o l . 357
ADAM RĆŻYCKI MARIAN KOLMER
I n s t y t u t M e t r o l o g i i i Maszyn E l e k t r y o z n y o h
PERSPEKTYWY ZASTOSOWANIA NISKICH TEMPERATUR W BUDOWIE MASZYN SYNCHRONICZNYCH
S t r e s z o z e n i e . W p r a c y podano k r ó t k ą c h a r a k t e r y s t y k ę nad
pr zewodników i o z y s t y o h m e t a l i st o s o wa n y c h na u z wo j e n i a k r i o g e n i o z n y c h g e n e r a t o r ó w s y n o h r b n i c z n y o h . Szczegół owo o—
mówiono wpływ budowy na w s k a ź n i k w y k o r z y s t a n i a mooy z j e d n o s t k i o b j ę t o ś c i .
1 . Dotyohozasow.y s t a n zaawansowania p r a c nad za s t o s o wa n i e m k r i o t e c h n l k l w maszynaoh e l e k t r y o z n y o h
w o s t a t n i m d z i e s i ę c i o l e c i u o b s e r wu j e s i ę w z r o s t z a i n t e r e s o w a n i a wyko
r z y s t a n i e m nadprzewodników 1 c z y s t y c h m e t a l i s c h ł a d z a n y c h do n i s k i c h tem
p e r a t u r w budowie u r z ą d z e ń e n e r g e t y o z n y c h a w tym i maszyn e l e k t r y o z n y o h . Maszyny e l e k t r y c z n e - k r i o g e n i c z n e , c h a r a k t e r y z u j ą s i ę z n a c z n i e zmni ej szonymi wymiarami i c i ę ż a r e m a t a k ż e w i ę k s z ą s p r a w n o ś c i ą od maszyn budowy k o n w e n o j o n a l n e j , t j . z uz wo j e n i a mi mi e dzi anymi 1 stalowym obwodem f e r r o magnet ycznym. S z c z e g ó l n i e i nt e n s y wn e s ą b a d a n i a nad w y k o r z y s t a n i e m k r i o - t e o h n l k i w budowie g e n e r a t o r ó w s y n c h r o n i c z n y c h n a j w i ę k s z y o h mooy. Dot ych
czasowe p r a c e s ą prowadzone w i e l o k i e r u n k o w o .
J e d n e o ś r o d k i b ada wcz e, n p . we F r a n c j i , p r a c u j ą nad k o n s t r u k c j a m i t u r b o g e n e r at o r ó w z u z w o j e n i a mi wykonanymi z c z y s t e g o al umi ni um s c h ł a d z a n e g o c i e k ł y m wodorem ( 2 0 , 4 ° K ) , wy z y s k u j ąc tym samym w ł a ś c i w o ś c i z m n i e j s z a n i a s i ę r e z y s t y w n o ś c i z t e m p e r a t u r ą i n n e , j a k n p . w USA, ZSRR, NRD wykonał y j u ż modele d o ś w i a d c z a l n e maszyn bez obwodu ma gnet yc zne go ze s t a l i z kon
wenc j onal nym t w o m i k i e m o nadpr zewodzącym u z w o j e n i u w z b u d z e n i a , s c h ł a d z a nym c i e k ł y m hel em ( 4 , 2 ° K ) .
N a j b a r d z i e j a t r a k c y j n e był oby zbudowanie c a ł k o w i c i e nadprzewodnikowego g e n e r a t o r a s y n o h r o n l o z n e g o , pozbawi onego f e r r o - m a g n e t y o z n e g o obwodu. Dla r e a l i z a o j l t e g o z a m i e r z e n i a t r z e b a by b y ł o Jednak dysponowaó nadpr zewodni kami n i e wykaz uj ąc ymi s t r a t w przemiennym p o l u magnetyoznym i cechuj ąoyt ni s i ę wysoką w a r t o ś c i ą k r y t y c z n e g o p o l a ma g n e t y c z n e g o .
Mimo, że u d a ł o s i ę j u ż zbudować w 1966 r . w USA nadprzewodnikowy g e n e r a t o r s y n c h r o n i c z n y o ma ł e j ¡nocy zna mi onowe j , duże s t r a t y dodat kowe , wy
s t ę p u j ą c e w nadprzewodnikowym u z w o j e n i u t w o r n i k a , spowodowały n i e p r z y d a t n ość p r a k t y c z n ą t e g o r o z w i ą z a n i a .
280 A. R ó ż y o k l, M. Kolmer
2 . M a t e r i a ł y pr ze wodz ąc e s t os owa ne aa u z w o j e n i a w maszynach, e l e k t r y o z n y c h k r i o g e n i c z n y c h
J a k wyni ka z o p i s u maszyn opublikowanym w l i t e r a t u r z e z a g r a n i c z n e j w maszynaoh s y n c h r o n i c z n y c h k r i o g e n i c z n y c h u z w o j e n i a mogą być wykonane z ma'»
t e r l a ł ó w na dpr z e wodz ą c yc h i z o z y s t y o h m e t a l i s c h ł a d z a n y c h do n i s k l o h tern p e r a t u r .
S z e r o k i e r o z p o w s z e c h n i e n i e z n a l a z ł y s z o z e g ó l n i e n a d p r z e w o d n i k i I I r o d z a j u t z w . n a d p r z e w o d n i k i t w a r d e , a m i a n o w i c i e ; s t o p y ni obu z oyrkonem NbZr, n i o b u z t y t a n e m NbTi i z w i ą z k i n i o b u z oyną Nb^Sn, k t ć r e p r zy s o h ł a - d z a n l u do odpowi e dni o n i s k i o h t e m p e r a t u r t r a c ą r e z y s t y w n o ś ć mogąo pr ze wo
d z i ć p r ą d b e z s t r a t e l e k t r y c z n y c h . Na d p r z e wo d n i k i t e p o z w a l a j ą na s t o s o - wani e dużyoh g ę s t o ś o i prądowyoh powyżej 1000 A/mm i n i e t r a c ą nadprzewod-r n i o t w a w p o l a o h ma gnet yoznyoh o w a r t o ś o i i n d u k c j i p r z e k r a c z a j ą c e j ST.
w t a b e l i I z e s t a w i o n o podstawowe w ł a s n o ć o l t y o h nadpr zewodni ków.
O s t a t n i o d o n i e s i o n o o o d k r y o i u nadpr zewodnikowego u k ł a d u n i o b - a l u m i - ni um- german NbAlGe o t e m p e r a t u r z e k r y t y c z n e j powyżej 20°K.
T a b e l a I
M a t e r i a ł
T e m p e r a t u r a k r y t y c z n a Tk [°K]
Kr y t y o z n a i nd u k c j a magnet yozna
BfcpO
Kr y t y o z n a g ę s t o ś ć prądowa J [A/mm^j p r zy 4 , 2 Pk]b - 5fc)
NbTi 9 , 5 1 2 2 x 1 0 3
Nb Zr 11 8 2 x 1 0 3
V3 Ga 14 20 10
Nb3 Sn 1 8, 5 22 104
U t r a t a na d p r z e wo d n i c t wa n a s t ę p u j e bądź p r zy p r z e k r o c z e n i u t e m p e r a t u r ^ k r y t y c z n e j T ^ , bądź p r z y p r z e k r o o z e n l u d o p u s z c z a l n e j w a r t o ś o i pr ądu 1^
l u b p r z y p r z e k r o o z e n l u n a t ę ż e n i a z e w n ę t r zn e g o p o l a magnetyoznego Hk i t o nawet w t e d y , gdy n a d p r z e wo d n i k ma t e m p e r a t u r ę m n i e j s z ą od Tfe.
N ad p r ze w o d n i k i I I r o d z a j u mają j e d n a k wadę, k t ć r a o g r a n l o z a i c h z a s t o s owani e w u z w o j e n i a c h p r ą d u p r z e m i e n n e g o .
Pr z e mi e n n e p o l e ma gnet yc zne powoduje p ow s t a n i e s t r a t na pr ą dy wirowe i h i s t e r e z ę , p r o p o r c j o n a l n y c h do w a r t o ś o i i n d u k c j i ma g n e t y c z n e j i o z ę s t o t l i - w o ó o i . G r a n i o z n a w a r t o ś ć pr ze mi e n n e g o p o l a p r z y o z ę s t o t l i w o ś o i p r z e my s ł o wej 50 Hz wy n o s i o k o ł o 0 , 5 r 1 T . S t ą d w y k o r z y s t a n i e nadprzewodników I I r o d z a j u w maszynaoh s y n c h r o n i c z n y c h j e s t o g r a n i c z o n e do uzwojeń wzbudze
n i a z a s i l a n y c h prądem s t a ł y m .
Tworni k można wykonać z mi e dz i w z g l ę d n i e z o z y s t y o h m e t a l i s o h ł a d z a - nych do n i s k i c h t e m p e r a t u r .
P e r s p e k t y wy z a s t o s o w a n i a a l a k l c h t e m p e r a t u r . . 281
N a j b a r d z i e j nada j ą cym s i ę o b e o n i e metal em J e s t a l umi ni um o w y s o k i e j o z y s t e ś o i A- 999, k t ó r e g o r e z y s t y w n o ś ć w t e m p e r a t u r z e o l e k ł e g o wodoru ( 2 0 , 4 ° K ) J e s t p r z e s z ł o 400 r a z y n i ż s z a n i ż w t e m p e r a t u r z e pokoj owej ( 2 95° K) i o z y s t y b e r y l , k t ó r y p o s i a d a d o s t a t e o z n i e n i s k ą r e z y s t y w n o ś ć Już w t e m p e r a t u r z e o i e k ł e g o a z o t u ( 7 7 , 4 ° K ) .
W ł a s n o ś o l meobani ozne o s y s t e g o b e r y l u s ą z n a c z n i e g o r s z e n i ż o z y s t e g o al u mi n i u m w n i s k i o h t e m p e r a t u r a o h .
Aluminium n a t o m i a s t o h a r a k t e r y z u j e s i ę g o r sz y mi w ł a s n o ś c i a m i me ohani c z' nymi w t e m p e r a t u r z e pokoj owej oo u t r u d n i a tym samym wykonani e d r u t u
(0 , 1 mm) 1 f o l i i na u z w o j e n i a .
W p r z e c i w i e ń s t w i e do b e r y l u c z y s t e a l umi ni um n i e wyka z uj e zmiany r e z y - s t y w n o ś o i w i nt ensywnych, p o l a o h ma gnet yoz nyoh.
3 . C i e c z e o h ł o d z a o e w maszynaoh e l e k t r y c z n y c h k r l oge nl oz n. yoh
Wybór wł a ś o i we g o c z y n n i k a o h ł o d z ą o e g o u z w o j e n i e maszyn k r i o g e n i c z n y c h uwarunkowany J e s t wi el oma ws ka ź ni ka mi t e c h n i c z n y m i 1 ekonomi oznymi .
N a l e ż ą do n i c h w ł a s n o ś c i o i e o z y ( t e m p e r a t u r a s k r o p l e n i a , o i e p ł o p a r o w a n i a , poj emnośó c i e p l n a , l e p k o ś ó T cena g a z u , k o s z t s k r o p l e n i a i par ame
t r y s k r a p l a r k l .
Raohunek ekonomiozny pr z e pr owa dz ony d l a s c h ł a d z a n y c h o z y s t y o h m e t a l i w y k a z a ł , że opt y ma l n a t e m p e r a t u r a p r z y minimum sumy s t r a t w u z w o j e n i u i mooy wydat kowa nej na u t r z y m a n i e t e j t e m p e r a t u r y , waha s i ę w g r a n i o a c h o - k o ł o 20 - 3 0 °K.
Taką t e m p e r a t u r ę może z a pewni ć o i e k ł y wodór ( 2 0 , 4 ° K ) w z g l ę d n i e c i e k ł y neon ( 2 7 , 0 7 ° K ) . C i e k ł y wodór mimo b a r d z o dobr yoh w ł a s n o ś c i d i e l e k t r y c z nych ( z b l i ż o n y c h do o l e j u t r a n s f o r m a t o r o w e g o ) ma o g r a n i c z o n e z a s t o s o w a n i e ze względów n i e b e z p i e c z e ń s t w a wybuchu.
Dla uzwoj e ń wykonanyoh z nadprzewodników t e m p e r a t u r a pr aoy J e s t n i ż s z a i z a s t o s o w a n i e h e l u ( 4 , 2 ° K ) Ja ko o z y n n l k a o h ł o d z ą o e g o o k a z u j e s i ę t u t a j n a j s k u t e c z n i e j s z e . He l p o s i a d a Je dnak k i l k a c e c h n i e k o r z y s t n y c h do k t ó r y c h z a l l o z y ć n a l e ż y małą w a r t o ś ć c i e p ł a p a r o wa n i a (1 0 - k r o t n i e m n i e j s z ą
od w o d o r u ) , oo w k o n s e k w e n c j i z wi ę k s z a wydat ek t e g o medium o h ł o d z ą o e g o w ma szyni e d l a u t r z y m a n i a t e m p e r a t u r y p r a o y .
I n n ą wadą J e s t mała s pr awność s k r a p l a r k l h e l o w e j . I t a k n p . d l a o d p r o "
wa d z e n i a 1W s t r a t o i e p l n y c h z k r i o s t a t u hel owego t r z e b a zużyć 1 , 4 kW mooy w u r z ą d z e n i u s k r a p l a j ą o y m , z a ś odpr owa dze ni e t e j samej i l o ś o i s t r a t z k r i o s t a t u a z ot owego ( 7 7 , 4 ° K ) wymaga Już t y l k o 20 W.
4 . Ws k a ź n i k i t e o h n i o z n o - ek o n o m l o z n e k r l o genl ozn . yo h gen e r at o r ów s y n o b r o n l o z n y o h z nadprzewodnikowym uzwoj eni em wzbudz eni a Wyohodząo z podstawowej z a l e ż n o ś o i
P = 0 , 1 1 6 ku z A B D2 L n 10- 3 ,
282 A. R ć ż y o k l , M. Kolmer
g d z i e
P - moo r o z w i j a n a p r z e z maszynę ¡JcVA]
k uz ” ', a PÓł o z i n n l '!: u z w o j e n i a d l a podstawowej h a r mo n l o z n e j A - o k ł a d prądowy t w o r n l k a (Â/m]
B - i n d u k o j a w s z c z e l i n i e [t] D - ś r e d n i c a wewnęt rzna s t o j a n a [m]
L - d ł u g o ś ć t w o r n l k a w
n - p r ę d k o ś ć obr ot owa w i r n i k a [ obr/ mi n]
o t r z y m u j e s i ę c h a r a k t e r y s t y c z n y ws k a ź n i k £ w y k o r z y s t a n i a mocy z J e d n o s t k i o b J ę t o ś o l maszyny.
Pr z y s t a ł e j p r ę d k o ś c i n ws k a ź n i k
e- — Sj— a b , O D L
g d z i e
o «= 0 , 1 1 6 kuE n 1 0 ~3 .
Im ws k a ź n i k t e n J e s t w i ę k s z y , tym g e n e r a t o r s y n c h r o n i c z n y J e s t l e p i e j wy
k o r z y s t a n y .
I n d u k o j a ma gnet yc zna B w konwenojonalnym g e n e r a t o r z e synohr oni oznym J e s t o g r a n i c z o n a p r z e z n a s y o e n i e obwodu ma g n e t y c z n e g o , z a ś o k ł a d prądowy A g ł ó wn i e mo ż l i wo ś c i a mi s c h ł a d z a n i a uzwojeń t w o r n l k a .
Te obydwa p a r a m e t r y e l e k t r o m a g n e t y c z n e można z n a c z n i e powi ęks zyć w k r i o g e n i c z n y m g e n e r a t o r z e s y n o h r o n i o z n y m. Z as t o s o w a n i e nadprzewodników I I r o d z a j u , J a ko m a t e r i a ł u na u z w o j e n i e w z b u d z e n i a , umoż l i wi a wy t wo r z e n i e i n d u k o j i ma gn e t y o z n e j 5 T t j . o ko ł o 5 7 6 k r o t n i e w i ę k s z e j n i ż w g e n e r a t o r z e budowy k o n w e n c j o n a l n e j . Uz y s k a n i e i n d u k o j i ma gnet yoz nej o t a k i e j war
t o ś c i o s i ą g a s i ę p r z y b a r d z o dużyoh g ę s t o ś o i a c h prądowyoh w s t a b l l i z o w a -
‘ O
nyra nadprzewodnikowym u w z o j e n i u wzbudz eni a (J > 100 A/mm ) p r a k t y o z n l e b e z s t r a t .
K o n s t r u k c j a g e n e r a t o r a s y n c h r o n i c z n e g o bez f e r r o m a g n e t y c z n e g o obwodu z nadprzewodnikowym uzwoj eni em wzbudz eni a i n o r ma l n e j budowy uzwojeń t w o r n l ka z m i e d z i o h ł o d z o n e j k o n w e n c j o n a l n i e , może k i l k a k r o t n i e powi ęks zyć moo g e n e r a t o r a o ni e z mi e n i o n y m g a b a r y c i e . Da l s z e p o w i ę k s z e n i e ws ka ź ni ka £ J e s t możliwe p r z y z a s t o s o w a n i u u z w o j e n i a t w o r n l k a z c z y s t e g o m e t a l u np.
a l u mi n i u m l u b b e r y l u , s c h ł a d z a n e g o do n i s k i e j t e m p e r a t u r y . Można wtedy 3 4 - 5 k r o t n i e po wi ę k s z y ć o k ł a d prądowy A w s t o s u n k u do 1800 Ą 2400 A/om w g e n e r a t o r a c h z o h ł o d z e n i e m wodorowym 1 wodnym. T e o r e t y c z n i « J e s t możliwe b l i s k o d w u d z i e s t o k r o t n e z w i ę k s z e n i e ws k a ź n i k a £ .
P r z y podej mowaniu d e c y z j i o w a r t o ś c i i n d u k c j i ma gne t yoz ne j B i o k ł a d u pr ądowego A n a l e ż y wz i ą ć pod uwagę w a r t o ś c i r e a k t a n c j i s y n o h r o n i o z n e j 2 o r a z r e a k t a n o j i p r z e j ś o l o w e j
P e r s p e k t y wy z a g ł o s o w a n i a n i s k i o h t e m p e r a t u r . . . 283
W ogólnym p r z y p a d k u wz gl ę dne r e a k t a n c j e >ę s ą zwi ą za ne z A i ' B r e l a c j ą :
X = o A
g d z i e
A - pr z e wo d n o ś ć ma gnet yozna obwodu, o - w s p ó ł o z y n n i k p r o p o r c j o n a l n o ś c i .
W maszynaoh k r i o g e n i c z n y c h pr zewodność magnet yozna A może być k i l k a k r o t n i e m n i e j s z a od p r ze w o d n o ś o i d l a maszyny k o n w e n c j o n a l n e j , A ^ « Za o h o d z i wi ęc obawa ozy z w i ę k s z e n i e s t o s u n k u (g-^na^ możliwe do o s l ą g n l ę - o i a w k r l o g e n i o z n y m g e n e r a t o r z e s ynohr onl oznym p o t r a f i skompensować mni e j s z ą p r z e wo d n o ś ć m a g n e t y c z n ą ' A Qad d l a u t r z y m a n i a r e a k t a d c y j z b l i ż o n y o h do w a r t o ś c i w k o n w e n c j o n a l n y c h g e n e r a t o r a c h . P r z y s i l n i e z m n i e J s z o n y o h w a r - t o ś c l a o h r e a k t a n o j i , p r zy r ównoczesnym z w i ę k s z e n i u s t o s u n k u ( g^ na(i ( a wi ęc n a d a l p r z y p o w i ę k s z e n i u w s p ó ł o z y n n i k a £ ) i s t n i e j e n i e b e z p i e c z e ń s t w o ozy z a s t o s o w a n e r o z w i ą z a n i e k o n s t r u k o y j n e mocowania uzwoj eń t w o r n i k a , np.w Ma
s z y n i e b e z ż ł o b k o w e j b ę d z i e d o s t a t e c z n i e w y t r z y ma ł e d l a p r z e c i w s t a w i e n i a s i ę powiększonemu p r ą d o w i z w a r c i a .
Ws kaź ni k £ w k r i o g e n i o z n y c h g e n e r a t o r a o h s y n o h r o n i o z n y o h wynika z r e - l a o j i :
c £ A|Qad !?nad
nad " konw ^
P r z y z a ł o ż e n i u BQad = ®konw ws k a ź n i k £ naiJ j e s t w p r o s t p r o p o r c j o n a l n y do o k ł a d u pr ądowego t w o r n i k a AQaa.
Na r y s . 1 g d z i e p r z e d s t a w i o n y j e s t p r z e b i e g ws k a ź n i k a £ = f f Aj B ’} z a z n a - ozono punktem 1 g e n e r a t o r s y n o h r o n i c z n y o budowle k o n w e n c j o n a l n e j , z a ś punktom 2 , 3 1 4 pr z ypor z ą dkowa no k r i o g e n i o z n e g e n e r a t o r y s y n c h r o n l o z n e z nadprzewodnikowym uzwoj e ni e m w z b u d z e n i a .
Z p r z e b i e g u kr zywych £ = f ( A , B ) w y n i k a , że duże w a r t o ś o l i n d u k o j i i o - kładów prądowyoh t w o r n i k a z a p e w n i a j ą w y s o k i w s k a ź n i k £ . Maszyny 2 1 3 wymagają s t o s o w a n i a na u z w o j e n i a t wornlków nadprzewodników w z g l ę d n i e o z y - s t y o h m e t a l i s o h ł a d z a n y o h do n i s k i c h t e m p e r a t u r .
Można p r z e ś l e d z i ć wz gl ę dne w a r t o ś o l r e a k t a n c j l k r i o g e n i o z n y c h g e n e r a t or ów s y n o h r o n i o z n y o h . W tym o e l u s k o r z y s t a m y z z a l e ż n o ś c i :
X A “ oST B*
J e ż e l i p r z y j m i e m y , że g e n e r a t o r s y n o h r o n i c z n y o budowle k o n w e n c j o n a l n e j p o ś l a d a pewną o k r e ś l o n ą w a r t o ś ć ^ k o n w “ oona^» Pr BJ z a ł o ż e n i u X. - o o n s t otrzymamy w u k ł a d z i e wsptfbfzędoyoh ( A, B) z a l e ż n o ś ć l i n i o w ą .
IC O D i
284 A. R ó ż y c k i , M. Kolmer
okład prądony łnornika
R j a . 1 . Wskaźni k wykor - zys t yci a mooy z J e d n o s t k i o b j ę t o ś o i £ - f ( A , B )
P e r s p e k ty w y z a s t o s o w a n i a n i s k i c h t e m p e r a t u r . . . 285
okfod prądowj tnorniko
Ry s . 2 . Krzywe g e n e r at o r ów s y n c h r o n i c z n y c h o s t a ł y c h r e a k t a n c j a o h X
286 A. R ó ż j o k l , M. K o l a e r
otład prądowy tnornika
Per spektywy z a s t o s o w a n i a n i s k i c h t e m p e r a t u r . . . 287
W podobny sposób w y k r e ś l o n o na r y s . 2 p o z o s t a ł e krzywe d l a k r i o g e n l o z - nych g e n e r at o r ó w z nadprzewodnikowym uzwoj eni em w z b u d z e n i a .
t o g e n e r a t o r y k r i o g e n i c z n e z nadprzewodnikowymi u z wo j e n i a mi wzbudzeni a s p e ł n i a J ą o e wa r une k:
p o s i a d a j ą t a k ą w a r t o ś ć względnych, r e a k t a n o j i J a k ą ma maszyna budowy k o n - w e n o j o n a l n e j . G e n e r a t o r y t e r e p r e z e n t u j e p r o s t a ■ l i £0Q(,*
Na r y s . 3 o k r e ś l o n o o b s z a r k r i o g e n i ó z n y o h g e n e r a t o r ó w s y n o h r o n i o z n y o h z nadprzewodnikowymi u z w o j e n i a m i wzbudz eni a p r z y dużych wsk a ź n l k a o h S 1 pr zy stosunkowo n l e w l e l k i o h o d o h y l e n l a o h ( - a # ) od względnyoh r e a k t a n o j i g e n e r a t o r ó w budowy k o n w e n c j o n a l n e j .
Na t l e t e g o wykr e s u w s z o z e g ó l n o ś o l w p u n k t a o h o h a r a k t e r y s t y o z n y o h 2 , 3 1 4 można z a u wa ż y ć , że g e n e r a t o r y k r i o g e n i c z n e maj ą wi ę ks z e w s k a ź n i k i ^ n i ż g e n e r a t o r y budowy k o n w e n o j o n a l n e J ( punkt 1 ) .
N a j m n i e j s z y wirttaźnik $ ( l e o z wi ęks zy od k o n we n c j o n al n e g o ) odpowiada g e n e r a t o r o w i crznaozonemu punktem 4 z u z wo j e n i a mi t w o r n l k a z m i e d z i s c h ł a dzanymi w sposób k o n w e n o j o n a l n y . J e g o s t o s u n e k z wa r o i a j e s t Je dnak dużo wi ęks zy n i ż d l a g e n e r a t o r a budowy k o n w e n c j o n a l n e j .
C h a r a k t e r y z u j e s i ę on k o r z y s t n i e j s z y m i w ł a s n o ś o l a m i e k s p l o a t a c y j n y m i j a k n p . d ob r ą s t a t y c z n ą s t a b i l n o ś c i ą w p r a oy r ó w n o l e g ł e j , dużą p r z e o i ą ż a l - i n o ś o l ą , małą z m i e n n o ś c i ą n a p l ę o l a i t p . N i e k o r z y s t n a J e s t Jego duża k r o t ność p r ą d u z w a r o i a .
Przy budowie dużyc h J e d n o s t e k t r z e b a p r z y j ą ć wi ę k s z e w s k a ź n i k i S (punk
t y 2 1 3 ) i r ó wn o o z e ś n i e wi ę k s z e w a r t o ś c i r e a k t a n o j i wz g l ę d n y o h .
Z uwagi na duże o k ł a d y pr ądowe J e s t J e dna k k o n i e o z n e d l a uzwoj eń t w o r - ni ka z a s t o s o w a n i e nadprzewodników w z g l ę d n i e o z y s t y c h m e t a l i p r a o u j ą c y c h w t e m p e r a t u r a o h k r i o g e n l c z n y o h .
5. Konoepo.ia wyboru t y p u kr l o g e n l oz n e . 1 maszyny s. ynohronl ozneJ
P r z y p r o j e k t o w a n i u k r i o g e n l c z n y o h g e n e r a t o r ó w s y n c h r o n i c z n y c h wy s t ę p u je s z e r e g z ł o ż o n y c h problemów o b l i c z e n i o w o - k o n s t r u k o y j n y o h z z a k r e s u wi e l u d z i e d z i n n a u k i j a k j e l e k t r o t e c h n i k i , m e o h a n i k i , t e r m o d y n a m i k i , h yd r o me c h a n i k i i f i z y k i n i s k i c h t e m p e r a t u r .
Konoepc j a wyboru maszyny k r i o g e n i o z n e J o o pt yma l nyc h w s k a ź n i k a c h t e c h - ni oz ao- e k o n o mi o z n y o h j e s t uwarunkowana a k t u a l n y m s t anem i o z w o j u n a d p r z e wodników i pos t ę pe m w budowie s k r a p l a r e k .
Ponieważ
y -
nad “ H o n w ( 4 ) xknnw
B nad A konw Kon"
288 A. R ó ż y c k i , M. Kolmer
generator synchroniczny budowy konwencjonalnej
kriogeniczny generator synchroniczny bez ferro - magnetycznego obwodu
blachowony stojan
ekran magnetyczny
ekran c/eplno- e/ektryczny
krtostet stojana
uzwojenie twornika
z miedzi uzwojenie wzbudzenia
z miedzi
bez żłobkowe uzwoje
nie twornika wykonane z czystego meto/u lub noc/przewodnika schła
dzanego do n iskiej temperatury.
uzwojenie wzbudzenia
z nadprzewodnika względnie czystego meto/u schładzanego do orskiej temperatury
H y s . 4 . B udowa obwodu m a g n e t y c z n e g o 1 e l e k t r y o z n e g o k r i o g e n i o z n e g o g e n e r a - t o r a s y n c h r o n i c z n e g o ( s t r o n a p r a w a ) na t l e g e n e r a t o r a k o n w e n o J o n a l n e g o
( s t r o n a l e w a )
Pe r s pe kt ywy z a s t o s o w a n i a n l 3 k l c h t e m p e r a t u r . . 289
W ś w i e t l e obeonego s t a n u t e c h n i k i opt yma l ne r o z w i ą z a n i a maj ą maszyny s y n c h r o n l o z n e :
a ) o budowle p o z i o m e j ,
b ) b e z obwodu magnetyo znego ze s t a l i (za w y j ą t k i e m z e wn ę t r z n e g o e k r a n u e l e k t r o - m a g n e t y o z n e g o ),
c i z wi r u j ą o y m nadprzewodnikowym uzwoj e ni e m wzbudz eni a sohł adzanym c i e kłym h e l e m ,
‘ i ) z bezżłobkowym uzwojeniem t w o r n i k a , umleszozonym na z e wn ą t r z w i r u - j ą o e g o u z w o j e n i a w z b u d z e n i a ,
e ^ z uzwoj e ni e m t w o r n i k a wykonanym z m i e d z i bądź z o z y s t e g o me t a l u s o h ł a d z a n e g o c i e k ł y m wodorem, az ot e m w z g l ę d n i e hel em w s t a n i e g a z o wym,
f ) z o d d z i e l n y m i k r i o s t a t a m i d l a w i r n i k a i s t o j a n a ,
g ) z ekr anem o l e p x n o - e l e k t r y o z n y m umleszozonym pomiędzy uzwojeniem wz b u d z e n i a a t w o r n i k l e m ,
h ) z zamkniętym o b i e g i e m k r i o g e n i o z n y m o z y n n i k a o h ł o d z ą o e g o .
Na r y s . 4 p r z e d s t a w i o n o w sposób poglądowy budowę obwodu ma gnet ycznego i e l e k t r y o z n e g o k r i o g e n i o z n e g o g e n e r a t o r a s y n o h r o n i o z n e g o z n a d p r z e wo d n i kowym uz woj e ni e m wzbudzającym na t l e a n a l o g i c z n e j budowy g e n e r a t o r a kon
w e n c j o n a l n e g o .
LITERATURA
1 . D a n i l e y i S J a . B . , Dombr ovski j V . V . , K a z o v s k i j E . J a . : P a r a m e t r y e l e k t r i - S e s k i o h m a l i n peremennogo t o k a , I z d a t e l s t v o Nauka 1965 r .
2 . Anempodi st ova N . N . . Dombr ovski j V . V . : Vozmoź nost l s o z d a n l j a e l e k t r i S e s k i o h k r 1 oma S i n b o l s o j m o S ó n o s t l . Sb. T e o r l t e ó l s k l e i jeksper i m e n t a l n y e i s s l e d o v a n i j a t u r b o i g i d r o g e n e r a t o r o v b o l l o j m o l i n o s t i . I z d a l e l s t v o Nauka 1968 r .
nEPCITEKTliBU IlPliMEIIiHKJi Hł.3KliX TEUIEPATyP B KOHGTPyiCL&iK OHHXPOHHHX MAluHH
P e a b u e
fl p a d o T e j e u a K paTKaa x a p a K T e p z c T H K a CBepxHnpoBO*HHKOB h h h c t ł k u e T a n - jiob npH ueHaeuH Z npH npoeKTHpoBauKK KpnoreHHMC oOuotok ch hi po hh id c r e H e p a - TOPOB, JIOflpodHO OnHCaHO BJIHSHHe KOHCTpyKUHH Ha KOSljKpHUHeHT HCnoJI BSOBaHHS MomHOCTM c eSHHHUU o d i e n a .
290 A. R o z y o k l, M. Kolmer
PERSPECTIVE OF APPLICATION OF LOi?-TEMPERATURES IN DESIGN OF THE SYNCHRONOUS MACHINES
S u m m a r y
A c o n s i s e c h a r a c t e r i s t i c o f s u p e r c o n d u c t o r s and pur e m e t a l s u s e d f o r w i n d i n g s o f t h e c r l o g e n i c s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r s i s p r e s e n t e d . The power u t i l i z a t i o n f a o t o r f rom a volume u n i t i s d i s c u s s e d i n d e t a i l s .
