CC BY
7
УДК 621.3
Борисов Е.А. студент магистратуры 1 курса факультет «Политехнический институт»
Теплое А.В. студент магистратуры 1 курса факультет «Политехнический институт»
Кадермятова Д.Ш. студент 4 курса факультет «Политехнический институт»
Лобынцева О.А. студент 4 курса факультет «Политехнический институт» Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева
Россия, г. Орел
АНАЛИЗ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ В ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРАХ
Аннотация: статья посвящена применению явления динамической сверхпроводимости в электрогенераторах. Объясняется, каким образом возможно применение сверхпроводимости, возникающей при малых температурах, в электрических машинах. Авторы анализируют перспективы применения этого сравнительно недавно открытого явления в масштабе электрической промышленности.
Ключевые слова: сверхпроводимость, электрогенератор, частота вращения.
Borisov E.A. Undergraduate
The 1rd course, faculty of "Polytechnic Institute" Orel state University. Ivan Turgenev
Russia, Orel Teplov A.V. Undergraduate
The 1rd course, faculty of "Polytechnic Institute" Orel state University. Ivan Turgenev
Russia, Orel Kudermetova J. C.
student
The 4rd course, faculty of "Polytechnic Institute" Orel state University. Ivan Turgenev
Russia, Orel Lobyntseva O.A.
student
The 4rd course, faculty of "Polytechnic Institute" Orel state University. Ivan Turgenev
Russia, Orel
SUPERCONDUCTIVITY ANALYSIS IN ELECTRIC GENERATORS
Annotation: The article is devoted to the application of the phenomenon of dynamic superconductivity in electric generators. It is explained how it is possible to use superconductivity arising at low temperatures in electric machines. The authors analyze the prospects of applying this relatively recently discovered phenomenon to the scale of the electrical industry.
Key words: superconductivity, electric generator, rotational speed.
Сверхпроводимость - свойство отдельных материалов иметь нулевое электрической сопротивление при достижении ими определенной температуры, ниже некоторой критической.
Явление сверхпроводимости достигается в материалах при низких температурах (например, рекорд температуры, при которой достигается сверхпроводимость, принадлежит сероводороду при определенном давлении - 203 К). Во время работы электрогенераторов и других электрических машин вращающиеся части нагреваются до высоких температур. Поэтому в генераторах предусматривается система охлаждения. Возникает вопрос: как связаны явление сверхпроводимости и использование этого явления в генераторах?
Ротор турбогенератора имеет большую частоту вращения. Величина тока, а также его характер, зависит от двух составляющих ускорения ротора: тангенциального (касательного) и центробежного (радиального). Тангенциальное ускорение возбуждает кольцевой ток, а центробежное смещает его к периферии, увеличивая концентрацию электронов. Вследствие этого, вдоль оси вращения генерируется значительное по напряженности магнитное поле. При определенной скорости вращения ротора магнитное поле не может проникнуть в тело материала, из которого состоит ротор [3]. Это магнитное поле как бы выталкивается индукционными токами. В тонком слое обода ротора электроны достигают огромной концентрации, около 1028 частиц в 1м3. Поэтому в роторе и обмотках возбуждения отсутствуют потери, связанные с наличием магнитного поля. Проводимость, возникающая таким образом, непрерывно подпитывается статическим зарядом огромной напряженности ротора с большой частотой вращения и, как следствие, током большой величины, протекающим по обмоткам возбуждения. Поэтому такая проводимость и носит названия «динамической». В таком случае материал, из которого состоит ротор и является подобием сверхпроводника. Однако такая сверхпроводимость определяется не температурой материала проводника, а прежде всего скоростью, достигаемой ротором при своем вращении [2].
Опыт и проблемы сверхпроводникового машиностроения» Ю.Ф.Антонов описывает результаты вибрационных испытаний криотурбогенератора. Показано, что сверхпроводимость удалось получить, даже подняв частоту вращения ротора выше критической (эта частота
составила 2000 об/мин). Далее при достижении в обмотке возбуждения сверхпроводимости частоту вращения увеличивали. Сверхпроводимость в обмотке возбуждения была получена при частоте вращения ротора 2700 об/мин и сохранялась с дальнейшим повышением частоты его вращения. При этом вибрационное состояние в машине оценивалось как удовлетворительное. Это говорит о перспективном применении явления динамической сверхпроводимости в электрогенераторах, которое не скажется на снижении эффективности его работы или эксплуатационного срока [1].
В связи с достаточно недавним открытием этого явления можно утверждать об актуальности разработок электромашин на основе этого явления для массового внедрения в промышленное производство. Мощные магнитные поля, генерируемые такими генераторами, позволят получать больше электроэнергии с меньшими затратами. Существует также перспектива создать двигатель, работающий на явлении динамической сверхпроводимости для транспортных средств.
В настоящее время отсутствует полностью удовлетворительная теория сверхпроводимости. Также стоят задачи нахождения той определенной частоты вращения ротора для разных типов генераторов, при которой возникала бы полная динамическая сверхпроводимость. Это определяет актуальность развития данного направления для мировой энергетики.
Использованные источники:
1. Антонов Ю.Ф. Криотурбогенератор КТГ-20: опыт и проблемы сверхпроводникового электромашиностроения -М.:ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 608 с.
2. Родионов В.Г. Энергетика : проблемы настоящего и возможности будущего / В. Г. Родионов. - М. : ЭНАС, 2010 - 352 с.
3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http :// samlib.ru/b/berezhnoj_a_b/otkrytieeffektadinamicheskojswerhprowodimosti .shtml
