超導發(fā)電機分類及結(jié)構(gòu)

超導發(fā)電機分類

根據(jù)磁通方向，超導發(fā)電機可以分為徑向磁通電機和軸向磁通電機兩種。現(xiàn)有的超導發(fā)電機中，徑向磁通電機占有絕對優(yōu)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(zhuǎn)子盤的數(shù)量和定子單位而得進一步優(yōu)化，故今后會越來越多地引起人們的重視。

超導發(fā)電機結(jié)構(gòu)

超導發(fā)電機的基本構(gòu)成包括超導勵磁繞組、支架結(jié)構(gòu)、冷卻回路、低溫恒溫器、電磁屏蔽、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(zhuǎn)子勵磁繞組使用超導材料的超導發(fā)電機的基本構(gòu)造。該類發(fā)電機稱為半超導發(fā)電機；如果電樞繞組也采用超導體，則稱為全超導發(fā)電機。

超導發(fā)電機可從以下方面改善電力系統(tǒng)：

①能夠極大地降低制造成本及其運行成本；

②可以增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性；

③超導發(fā)電機本身在高電壓下運行，故可省去升壓變壓器；

④與常用的交流短距離輸變電進行對比研究后發(fā)現(xiàn)，將超導發(fā)電機的輸出轉(zhuǎn)變成直流進行輸變電也是有益的。

研究證實，超導發(fā)電機具有以下特性：負載范圍內(nèi)有較高的效率；體積、質(zhì)量小，有較高的功率密度；噪聲?。皇褂脡勖L；生產(chǎn)成本低；負序能力較強；可增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性；維護要求低。

超導發(fā)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(yōu)點，將成為本世紀最有潛力、最理想的能源轉(zhuǎn)換裝置。超導發(fā)電機之所以具有這些優(yōu)點是因為超導發(fā)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(fā)電機成敗的一個關鍵因素。

1、繞組的支撐省去鐵芯后，繞組的支撐問題是值得思考的問題。

2、真空密封

旋轉(zhuǎn)輸液密封裝置是超導同步發(fā)電機的關鍵部件之一。其性能的優(yōu)劣直接影響超導同步發(fā)電機能否安全可靠地運行。為保證勵磁線圈的深冷狀態(tài)，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。

3、繞組的制造

，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，繞組的制造工藝變化也不大。不過，最近已有學者提出用雙電樞概念來解決超導發(fā)電機中存在的問題|。

4、線圈檢測及保護

超導發(fā)電機基本工作在大功率情況下。大功率應用喻示有較多匝數(shù)、大的線圈(尤其是電樞)，在系統(tǒng)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(fā)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(guī)發(fā)電機并列運行的能力，必須確保安全穩(wěn)定運行，故對超導發(fā)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。

1、工業(yè)應用

隨著對超導發(fā)電機研究的不斷深入以及超導技術的不斷發(fā)展，超導發(fā)電機很可能成為軋鋼、風機、微機械系統(tǒng)、化工、航天航空、采礦、石油與天然氣精煉以及其他重工業(yè)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?qū)⒂袕V泛應用。超導發(fā)電機在工業(yè)上的應用將主要圍繞風力發(fā)電和水力發(fā)電領域。

2、軍事應用

未來，全電艦船上的電源、飛機上的電驅(qū)動電源、主動的空運驅(qū)逐系統(tǒng)與自保護系統(tǒng)等都將出現(xiàn)超導發(fā)電機的身影；艦船及航空器上的激光束武器也將是超導發(fā)電機大顯身手的地方。

3、在大功率風力發(fā)電機方面的應用

與傳統(tǒng)的風力發(fā)電機相比，超導發(fā)電機的質(zhì)量和體積可以減少50%以上(5MW以上的傳統(tǒng)風力發(fā)電機質(zhì)量太大)，具有更高的效率，并有可能省去齒輪變速箱，變?yōu)橹彬?qū)系統(tǒng)。，永磁直驅(qū)風力發(fā)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，并且成為了國家控制商品。而超導發(fā)電機在性能上已遠遠優(yōu)于永磁直驅(qū)發(fā)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應用前景。

4、特殊應用

隨著涂層超導體價格的不斷降低，超導發(fā)電機也可能作為新的發(fā)電裝置，被用于新一代的火箭系統(tǒng)中，并在無損耗輸電、生物醫(yī)學、磁懸浮運輸和航空航天等領域中大有作為。 2100433B

發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機兩大類。后者又可分為同步發(fā)電機和異步發(fā)電機兩種?，F(xiàn)代發(fā)電站中最常用的是同步發(fā)電機。這種發(fā)電機的特點是由直流電流勵磁,既能提供有功功率，也能提供無功功率,可滿足各種負載的需要。異步發(fā)電機由于沒有獨立的勵磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是不能向負載提供無功功率，而且還需要從所接電網(wǎng)中汲取滯后的磁化電流。因此異步發(fā)電機運行時必須與其他同步電機并聯(lián)，或者并接相當數(shù)量的電容器。這限制了異步發(fā)電機的應用范圍，只能較多地應用于小型自動化水電站。城市電車、電解、電化學等行業(yè)所用的直流電源，在20世紀50年代以前多采用直流發(fā)電機。但是直流發(fā)電機有換向器，結(jié)構(gòu)復雜，制造費時，價格較貴，且易出故障，維護困難，效率也不如交流發(fā)電機。故大功率可控整流器問世以來，有利用交流電源經(jīng)半導體整流獲得直流電以取代直流發(fā)電機的趨勢。

同步發(fā)電機按所用原動機的不同分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機3種。它們結(jié)構(gòu)上的共同點是除了小型電機有用永久磁鐵產(chǎn)生磁場以外，一般的磁場都是由通直流電的勵磁線圈產(chǎn)生，而且勵磁線圈放在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組放在定子上。因為勵磁線圈的電壓較低，功率較小，又只有兩個出線頭，容易通過滑環(huán)引出；而電樞繞組電壓較高,功率又大，多用三相繞組,有3個或4個引出頭，放在定子上比較方便。發(fā)電機的電樞(定子)鐵心用硅鋼片疊成，以減少鐵耗。轉(zhuǎn)子鐵心由于通過的磁通不變，可以用整體的鋼塊制成。在大型電機中，由于轉(zhuǎn)子承受著強大的離心力，制造轉(zhuǎn)子的材料必須選用優(yōu)質(zhì)鋼材