Superprovodnost Kod Obrtnih Masina

8/19/2019 Superprovodnost Kod Obrtnih Masina

1/24

Univerzitet u Tuzli

Fakultet elektrotehnike

Energetska elektrotehnika

Seminarski rad

Nove tehnologije u elektromehaničkim sistemima

Tema: Superprovodnost kod obrtnih mašina

Proesor: !unuzovi" Senada

#r$ s%$ Nerdina &ehinovi"' vanr$ pro$ (ulči" !asmin

Tuzla' de%embar' )*+,$


2/24

Sadr-aj:

+$ Uvod$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+

)$ Superprovodnost$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)

)$+$ Superprovodni materijali$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$.

)$)$ Primjene superprovodnih materijala$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$/

0$ 1graničavač struje kvara$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$2

,$ 3azvoj visokotemperaturnih superprovodnih mašina$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$4

.$ 5isokotemperaturni superprovodni generatori za direktni pogon vjetroelektrana$$$$$$$$$$$$++

.$+$ 1sobine superprovodnih generatora$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+)

.$)$ Topologija generatora$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+)

/$ Superprovodne obrtne električne mašine$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+.

/$+$ Superprovodne jednopolne mašine$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+.

6$ Superprovodne turbine za vjetroelektrane$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+6

2$ #izajn superprovodnih visokotemperaturnih generatora sa 7891 navojima$$$$$$$$$$$$$$$$$$+4

4$ (aključak$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)*

+*$ iteratura$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)+


3/24

Popis slika:

Slika +$ Prolazak silni%a magnetnog polja kroz provodnik u zavisnosti od T% ;) desno ;)


4/24

1. Uvod

Na vrlo niskim temperaturama' električne i magnetne osobine nekih materijala' kao što su

olovo' -iva i neki oksidi radikalno se mijenjaju$ 1vi materijali postaju superprovodni%i:

prestanu pokazivati bilo kakav električni otpor i izba%uju magnetna polja$ 1va pojava' koja jeotkrivena prije sto godina' je prilično impresivna ilustra%ija kvantne izike$ &nogi slobodni

elektroni iz materijala se spajaju u kvantni talas koji se širi na vrlo velike udaljenosti$ #anas'

superprovodnost je izuzetno aktivno polje istra-ivanja koje uključuje rješavanje osnovnih

mehanizama' stvaranje novih superprovodnika' i još se pronalaze nove primjene$

Superprovodnost tako@e omogu"uje spektakularne podvige levita%ije$ roz historiju

superprovodnih istra-ivanja' hemičari i izičari su radili na pronala-enju i testiranju

superprovodnika sa poboljšanim perormansama' tj$ metale koji postaju superprovodni%i na

višim temperaturi i koji mogu podnijeti ve"a magnetna polja ili jače električne struje$ 1vi

materijali op"enito su sintetizirani u laboratorijima' ne mogu se na"i u prirodi$ U ovom

seminarskom radu opisan je rast i razvoj superprovodnih elemenata' kao i

visokotemperaturnih superprovodnih mašina$ Superprovodni motori i generatori' zahvaljuju"i

superprovodnim materijalima' mogu imati destinu te-ine konven%ionalne mašine koja ima istu

snagu$ Glavne primjene za obrtne električne sinhrone mašine su kao generatori i motori' manji

dio spada na primjenu sinhronih kondenzatora$ 5isokotemperaturne superprovodne CATSD

obrtne mašine imaju nekoliko značajnih prednosti u odnosu na mašine izgra@ene

konven%ionalnim tehnikama$ To su uglavnom pove"ana eikasnost' ve"a gustina snage i

poboljšana električna stabilnost$ Pogotovo za aplika%ije na brodovima' te osobine mogu bitiodlučuju"e za uštedu goriva i prostora' i mogu poboljšati sposobnosti$ U prošlosti' osnovni

programi su se provodili da poka-u u osnovi mogu"nost za izgradnju takvih mašina$ U

me@uvremenu su ti programi pokazali veliki uspjeh i ATS mašine za takve prmijene su

postale dostupne za izradu$

1


5/24

2. Superprovodnost

Pojavu superprovodnosti otkrio je holandski naučnik 1nes C$ 1nnesD +4++$ godine$ Nekoliko

godina ranije uspio je da dobije tečni helijum' koji je iskoristio za svoje eksperimente sa

metalima na izrazito niskim temperaturama$ 1n je ustanovio da otpornost -ive na temperaturiod ,$+. opada čak deset miliona puta u odnosu na vrijednost koja odgovara sobnoj

temperaturi$ asnije je u obrnutom pro%esu ustanovio da se na temperaturi od ,$) otpornost

vra"a u materijal$ #a bi ukazao na mogu"e koristi od superprovodnosti' 1nes je u svom

eksperimentu +4+0$ godine doveo električnu struju u superprovodni prsten$ ada je uklonio

bateriju i potom izmjerio struju' pokazalo se da se njen intenzitet ne smanjuje sa vremenom$

(a svoj rad na niskim temperaturama 1nes je +4+0$ godine dobio Nobelovu nagradu$

Temperatura T9 na kojoj u odre@enom materijalu dolazi do pojave superprovodnosti naziva se

kritična temperatura$ &oglo bi se deinisati da je za

odnosno' za

Slede"i veliki korak u razumijevanju superprovodnosti desio se +400$ godine' otkri"em

&ajsnerovog eekta C$ &eissner i 3$ 1%heseneldD$ Ustanovljeno je da prelaz iz normalne u

superprovodnu električnu provodnost zavisi i od vrijednosti magnetnog polja A u kome sematerijal nalazi$ #ovoljno jako magnetno polje dovodi do razaranja superprovodnog stanja'

pa se mo-e deinisati i kritično magnetno polje$ 1sim toga' mo-e do"i i do potpunog

istiskivanja magnetnog luksa iz superprovodnika' pa je pri temperaturama ispod vrijednosti

T9

odnosno'

gdje je vrijednost relativne magnetne permeabilnosti$

2


6/24

Slika +$ Prolazak silni%a magnetnog polja kroz provodnik u zavisnosti od T% ;)<

Slika )$ &ajsnerov eekat ;++<

&aterijali koji iznad jedne vrijednosti magnetnog polja A9 prelaze direktno u stanje

uobičajenog ponašanja magnetne induk%ije nazivaju se superprovodni%ima = vrste$ &aterijali

koji imaju dvije karakteristične vrijednosti kritičnog magnetnog polja A9+ i A9) nazivaju se

superprovodni%ima druge vrste$ =spod prve kritične vrijednosti induk%ija je nula' a tek iznad

druge kritične vrijednosti dolazi do uobičajenog ponašanja$ =zme@u ove dvije vrijednosti

magnetnog polja postoji miješano stanje koje karakteriše djelimično prodiranje magnetnog

polja unutar materijala' to stanje se naziva Bubnikova aza$

3


7/24

Slika 0$ Superprovodni%i = vrste > lijevo? superprovondni%i == vrste > desno ;)<

Slika ,$ Pore@enje temperatura ;2<

&ogu se ista"i četiri činjeni%e vezane za superprovodnike:

4


8/24

− skokovita promjena električne otpornosti pri kritičnoj temperaturi'

− dugotrajno postojanje električne struje u konturi od supervodljivog materijala kada je

ohla@en na temperaturu ispod kritične'

− nepostojanje magnetskog polja' osim u površinskom sloju'

− mogu"nost razaranja superprovodnosti jakim vanjskim magnetskim poljem$

2.1. Superprovodni materijali

Fenomen superprovodnosti otkriven je na uzorku jednoatomskog materijala$ Pokazalo se da

veliki broj elementarnih materijala posjeduje ovakve osobine' ali ne i izrazito dobri

provodni%i kakvi su srebro' zlato i bakar' iako se eksperimentisalo sa temperaturama koje su

iznosile samo stote dijelove stepena na skali elvina$ To ukazuje da superprovodne osobine

kod ovih materijala najverovatnije izostaju$ S druge strane' daleko se otišlo u proučavanju

jedinjenja koja posjeduju superprovodne osobine$ ao bitne karakteristike ne uzimaju se u

obzir samo vrijednosti kritične temperature i jačine kritičnog magnetnog polja' ve" i mnoge

druge povezane sa %ijenom ili stabilnoš"u materijala$ 1d sredine devedesetih godina C+42/$D

otkriveni su keramički materijali kod kojih je pojava superprovodnosti izrazita pri

temperaturama i iznad +** Cvisokotemperaturni supervodičiD$ Te temperature omogu"uju

hla@enje teku"im azotom$ Njegova %ijena je u odnosu na teku"i helij manja za više od +**

puta$ To omogu"uje intenzivniji razvoj primjene superprovodnika$ &ogu"a područja primjene

su: prenos električne energije' izrada jakih magneta' transport' električne mašine' računarska

tehnika' i sl$

Tabela +$ ritične vrijednosti temperature pojedinih elemenata i jedinjenja ;+<

Uzorak AgC-ivaD PbColovoD NbCniobijD &oNCmolibden>

azotD

T9 CD ,$) 6$) 4$. +)$*

2.2. Primjene superprovodnih materijala

Nekoliko je velikih područja primjene superprovodnih materijala:

5


9/24

− za izradu elektromagneta velikih iznosa magnetske induk%ije'− pri prenosu električne energije'− u transportu'− pri izradi električnih mašina'− pri izradi komuta%ionih elemenata i memorija− u mjernoj tehni%i$

Supervodički magneti koriste se:

− u istra-ivačke svrhe

H osnova rada uzijskih elektrana budu"nosti su ekstremno jaka magnetska polja

H mogu"nost akumuliranja energije u magnetskom polju

H izgradnja ak%eleratora česti%a > supervodljivi ak%elerator

H u medi%ini > nuklearna magnetska rezonan%a

− u transportu

H mnogo se pola-e na izgradnju supervodičkih vozova koji lebde iznad tračni%a

na magnetskom IjastukuI' ti vozovi imaju brzine oko .** kmJh

H levitiraju"i automobili Clebde iznad supervodljivih auto putevaD

− u električnim mašinama

H supervodljivi materijal omogu"uje da su takve mašine značajno manjih

dimenzija od klasičnih pri istoj snazi$ To je posebno značajno u svemirskim i

vojnim istra-ivanjima$ 5eliki napori su ulo-eni u konstruiranje upravo takvih

brodskih motora i generatora

− u distribu%iji električne energije

H korištenje supervodljivih kablova pri prenosu električne energije ekonomski je

isplativo' zbog velikih investi%ijskih troškova' tek za snage iznad nekoliko

hiljada &

− kao supervodljivi računari

H temeljili bi svoj rad na supervodljivim mikroelektronskim elementima' kao

sklopkama$ U pore@enju sa sadašnjim računarima supervodljivi računari bili bi

br-i' manji i eikasniji

− kao supervodljivi mjerni ure@aji

6


10/24

H slu-ili bi za mjerenje jako slabih električnih i magnetskih polja' te slabog

elektromagnetskog zračenja

Novi superprovodni%i se stalno otkrivaju$ )**+$ godine je otkriveno da je i magnezijev

diborid superprovodnik$ #osad nije bio otkriven' jer nikad nije bio testiran na

superprovodnost$ !ako je jetin i predvi@a se da "e omogu"iti oštriju sliku pri magnetskoj

rezonan%i C&3=D' te da "e poboljšati učinkovitost elektrana$ Pronalazač ovog supervodiča

je pro$ !un Kkimitsu s Tokijskog univerziteta$ #iboridova kritična temperatura je 04 $

1vaj materijal bi mogao biti najbolji za supervodljive -i%e i magnete' a %ijena za +**

grama iznosi samo )** US#$

3. Ograničavač struje kvara

1graničavač struje kvara CFault %urrent limiter > F9D je jedinstveni ure@aj bez klasičnog

ekvivalenta koji automatski ograničava vrijednost struje kada pre@e predodre@enu vrijednost$

&o-e se uporediti sa trajnim superprovodnim osiguračem jer se automatski resetuje nakon

kvara Ckratkog spoja npr$D$ F9 se temelji na unutrašnjem i skoro trenutnom prelazu iz stanja

bez otpora u stanje sa jakim otporom superprovodnog elementa kada struja dostigne odre@enu

7


11/24

vrijednost koja se naziva Lkritična strujaM$ Sve što je potrebno učiniti je da se umetne

superprovodni element na mjesto koje treba zaštititi' te ispravno izabrati kritičnu struju s

obzirom na normalnu struju koja protiče kroz mjesto šti"enja$ Superprovodni element se

postavlja tako da bude skoro nevidljiv pri normalnom radu' tj$ postavlja se tako da inuktivitet

bude minimalan$ Superprovodnom elementu se dodaje prekidač kako bi struja bila potpunoizolirana$ F9 je u aktivnom razvoju$ U )**6$ godini bilo je najmanje / na%ionalnih i

me@unarodnih projekata koji su koristili -i%e magnezijum diborida ili 7891 C7ttrium barium

%opper oideD trake$ #r-ave koje se bave razvojem F9>a su Njemačka i 5elika 8ritanija u

Evropi' a u svijetu SK#' ina i oreja$ U )**6$ godini ministarstvo energetike SK#>a je

izdvojilo )4 miliona dolara na tri F9 projekta$ Superprovodni ograničavači struje imaju

veoma obe"avaju"u budu"nost' bilo da se radi o današnjim ili budu"im mre-ama$

Slika .$ F9 štiti kompletnu sabirni%u ;+)<

4. Razvoj visokotemperaturnih superprovodnih maina

1d +44*>ih godina postupno se počinju razvijati tehnike visokotemeperaturnih

superprovodnih CAigh temperature super%ondu%ting > ATSD mašina$ 3azvijene ATS mašine

uključuju:

− #9 mašine

8


12/24

− Sinhrone mašine− Kisnhrone mašine− inearne mašine− 3eluktantne mašine− Aisterezne mašine− Trajne mašine

1d početka ovog stolje"a ATS mašine su dostigle veoma brzi razvoj i značajne uspjehe$ ATS

motori i generatori su ovdje prikazani s obzirom na njihov razvoj' prednosti i prespektivne

primjene$

1d +42/ godine otkri"e visokotemperaturnih superprovodnika stvorilo je novu perspektivu za

praktične upotrebe ATS mašina$ Početkom +426$ godine američki institut za istra-ivanje

električne snage CEP3= > Ele%tri% PoOer 3esear%h =nstituteD povjerio je 3E9>u C3elian%e

Ele%tri% 9orp$D provo@enje izvodljivosti sudije o motorima izgra@enim sa ATS materijalima$

Na početku +44*>ih oni su proizveli mali ATS #9 motor i ATS sinhrone motore sa ) .

konjskih snaga Chp > horsepoOerD$ #o sada je Kmerika ve" razvila .& ATS sinhroni motor

i +**&5K ATS sinhroni generator$ Sada se ve" počinje proizvoditi 0/$. & ATS sinhroni

motor$ !oš nekoliko zemalja su razvile različite ATS mašine kao što su linearni' reluktantni'

histerezni i trajni motori$

Slika /$ Poprečni presjek jednopolnog ATS #9 motora ;0<

Slika 6$ Beme ATS morora: CaD histerezni ATS motor' CbD reluktantni ATS motor' C%D trajni ATS motor ;0<

9


13/24

U pore@enju sa konven%ionalnim mašinama' ATS mašine imaju brojne prednosti kao što su

manje dimenzije' manje sinhrone reaktanse i ve"u eikasnost$ omapktna veličina i mala

te-ina su posebno atraktivne za električne aplika%ije na brodovima$

!. "isokotemperaturni superprovodni generatori za direktni pogonvjetroelektrana

U energetskom sektoru vjetra nove tehnologije kontinuirano se provode u %ilju učinkovitijih i

pouzdanijih turbina koje "e smanjiti troškove energije$ Pored %iljeva pouzdanosti' te-ina i

dimenzije tako@e ne treba da prelaze odre@ene grani%e' pa bi primjena superprovodnih

generatora mogla zadovoljiti ove uvjete$ 8riga za okolinu dovodi do pomaka prema

obnovljivim izvorima energije$ Tako je energija vjetra jedan od glavnih izvora obnovljive

energije$ Nedavni trend na tr-ištu ukazuje na to da su turbine u +*Q & rasponu snage

predvi@ene kao pogodnije za budu"i razvoj' gdje turbina predstavlja oko .*R od ukupne

10


14/24

instala%ije troškova vjetroelektrane$ ako su se u novije vrijeme pojavili superprovodni

materijali dolazi do istra-ivanja u ovim oblastima$ (aključeno je da su ATS električne mašine

pogodnije za primjenu pri niskim brzinama i velikim zakretnim momentom' pa je s toga

primjena ovih mašina istaknuta op%ija za vjetroelektrane$

Slika 2$ Aistorijski razvoj vjetroelektrana ;,<

Sistem za hla@enje je jedan od najzahtjevnijih dijelova superprovodne mašine$ Nestabilnost ili

pod%jenjivanje toplotne snage koja bi trebala biti uklonjena dovodi do neposredne štete na

zavojni%i$ (ajednička karakteristika svih rashladnih medija je da oni ne bi trebali biti

dopunjavani' ili bi trebali biti napravljeni u zatvorenom %irkuliraju"em sistemu$ &e@urashladnim medijima A) i 1) nisu po-eljna op%ija zbog opasnosti povezanih s njihovom

upotrebom$ U slučaju kada se koriste potrebno je pa-ljivo pra"enje$ Teku"i azot je daleko

jetiniji i pristupačniji$ &e@utim' njegov raspon temperature ograničava njegovu upotrebu$

Teku"i neon je atraktivan rashladni medij po osobinama' ali je skup i nije lako dostupan u

velikim količinama$

!.1. Oso#ine superprovodnih generatora

U prin%ipu superprovodne mašine imaju niz osobine koje dovode do značajnih prednosti$ Unjih spadaju:

− Poboljšana eikasnost pri svim optere"enjima− 5e"a gustina snage− Smanjena te-ina i dimenzije− Smanjena akustična buka− Ni-i troškovi -ivotnog %iklusa− Smanjena %ijena kapitala− Poboljšana stabilnost mre-e

− &anji zahtjevi za odr-avanje

11


15/24

Neke od ovih prednosti su ve" pokazane' dok druge zahtijevaju veriika%iju sa velikim brojem

demonstra%ija$ Te prednosti su očite od samog početka razvoja ovih mašina koji počinje sa

komer%ijalnom upotrebom superprovodnih -i%a početkom /*>ih godina$ Prva demonstra%ija

superprovodnog rotirju"eg sinhronog polja namota izvedena je na &=T>u C&assa%husetts

=nstitute o Te%hnologD$ Suk%esivno' istra-ivački programi na velikim sinhronimsuperprovodnim mašinama su provo@eni od strane General Ele%tri%>a' Siemens>a'

estinghouse>a i drugih' što je rezultiralo brojnim prototipima$ &e@utim' pozitivni aspekti tih

mašina uglavnom su bili neutralizovani ekstremnim %ijenama' slo-enoš"u i tehničkim

izazovima uglavnom povezanih sa sistemom hla@enja$

!.2. $opologija generatora

Električne mašine mogu se podijeliti prema smjeru silni%a magnetnog toka i to na:

− &ašine radijalnog luksa− &ašine aksijalnog luksa

5elika ve"ina do sada izgra@enih ATS mašina su radijalnog tipa$ Topologija aksijalnog luksa

do sada nije razvijena u velikoj mjeri što za posljedi%u ima prototipove sa relativno

umjerenim o%jenama snage$ =pak' topologija ovih mašina je zanimljiva pošto bi to moglo

dovesti do minijaturiza%ije dizajna jer se linerana dimenzija mašina mo-e koristiti učinkovitije

pove"anjem broja ploča rotora i jedini%a statora$ ATS generatori imaju osnovne razlike u pore@enju sa konven%ionalnim električnim mašinama$ =znad svega je da prisustvo -eljeza nije

neophodno$ &agnetna jezgra rotora je gra@ena na sličan način kao i kod konven%ionalnih

mašina$ &aterijal jezgre rotora C-eljezoD smanjuje potrebu za ATS -i%om i to smanjenje je

učinkovito čak i ako mašina radi u zasi"enom području magnetne induk%ije$ &ašina ima

veliki momenat iner%ije' uporediv sa klasičnim mašinama$ 3otor mo-e biti na kriogenoj ili

niskoj temeperaturi i tada govorimo o Lhladnom rotoruM ili na sobnoj temperaturi i tada

imamo Ltopli rotorM$ #izajn toplog rotora ima smanjenu hladnu masu$ ao rezultat toga

period hla@enja je kra"i i s toga je mašina neosjetljiva na indu%irane vrtlo-ne struje$ &e@utim' potrporna struktura je slo-enija jer bi s jedne strane trebalo ograničiti prenos toplote sa

-eljezne jezgre na navojke' a s druge strane treba prenijeti zakretni momenat sa navojaka na

tijelo rotora$

12


16/24

Slika 4$ #izajn toplog rotora ;,<

#izajn hladnog rotora ima nedostatak da mu se pove"ava hladna masa mašine i kao posljedi%a

toga je da rashladni sistem zahtijeva više snage' a vrijeme potrebno za postizanje radne

temperature je tako@e veliko$ U pro%esu projektovanja treba uzeti u obzir i gubitke vrtlo-nih

struja jer i oni utiču na navojke i trebaju biti uklonjeni iz rashladnog sistema$ Prednost ove

izvedbe je da navoj%i ne trebaju spajanje struktura na različitim temeperaturama pa je prema

tome %ijela struktura mehanički puno jednostavnija$

Slika +*$ #izajn hladnog rotora ;,<

13


17/24

(a stator superprovodnih generatora postoje dvije osnovne op%ije: klasični bakarni statorski

namot ili superprovodni armaturni namot$ 1d proizvoda dostupnih na tr-ištu jedini kandidat je

&g8)$ U radu "e biti opisana dva rješenja$ Prvo' mogu"e je usvojiti trenutno stanje tehnike u

konstruk%iji namota statora: nasukani bakarni namot podr-an magnentim zup%ima$ 1vo je

robustno' pouzdano i dokazano rješenje$ U %ilju postizanja ve"e magnetne induk%ije' pove"anja pouzdanosti i potpunog iskorištenja superprovodne tehnologije magnetni zup%i

mogu biti zamijenjeni nekim ne magnetnim materijalima Cojačanim plastičnim vlaknimaD$ Na

ovaj način se dobija ve"a magnetna induk%ija i samim tim ve"a izlazna snaga$ ao posljedi%a

toga mora se pove"ati izola%ija namotaja kako bi mogla izdr-ati ve"i napon$ =pak to nije

nu-no nedostatak jer bi to moglo biti korisno za generisanje snage pri višim naponima$

Slika ++$ =zvedbe statora za ATS mašine ;,<

%. Superprovodne o#rtne električne maine

%.1. Superprovodne jednopolne maine

Faradejev disk je spe%ijalan slučaj jednopolnih superprovodnih mašina jer silni%e magnetne

induk%ije 8 prolaze kroz disk u samo jednom smjeru$

14


18/24

Slika +)$ Faradejev disk ;.<

Pobudni namot se proizvodi od superprovodnog materijala$

Slika +0$ aD Faradejev disk > prin%ip' bD Tip diska' %D Tip bubnja ;.<

+ superprovodni svitak sa kriostatom

) rotiraju"i disk ili bubanj' respektivno

15


19/24

0 iksna reak%ija diska ili bubnja' respektivno

, klizni kontakti četki%a

Slika +,$ 2** & turborotor CprototipD ;.<

&. Superprovodne tur#ine za vjetroelektrane

Slika +.$ +* & vjetroturbina ;+0<

16


20/24

1čekuje se da "e superprovodne turbine i ostale rotiraju"e mašine imati najve"u potra-nju za

superprovodnom -i%om u budu"nosti$ Superprovodna -i%a "e omogu"iti elektromotorima i

generatorima da rade sa mnogo ve"im gustinama snage$ U pore@enu sa električnim mašinama

baziranim na bakarnim -i%ama sa jednakom izlaznom snagom' budu"i superprovodni motori i

generatori "e omogu"iti značajno smanjenje dimenzija sa ve"om eikasnoš"u$ Nekopnenevjetroelektrane obe"avaju hvatanje čiste energije po ni-oj %ijeni od konkurentnih obnovljivih

izvora energije' a snagu "e isporučivati direktno rastu"im priobalnim gradovima$ 1čekuje se

da "e superprovodne vjetroelektrane igrati jedinstvenu ulogu na kopnu jer konven%ionalne

tehnologije nisu u mogu"nosti da ispune zahtjeve za energijom na tim područjima$ =ako su

početni troškovi velikih nekopnenih turbina ve"i zbog temeljnih i mehaničkih konstruk%ija'

oni mogu biti nadomješteni ve"im prinosima energije$ Pove"anje gusto"e snage omogu"eno

superprovodnim turbinama značajno smanjuje te-inu generatora' te pretvara energiju vjetra u

ekonomski odr-ivu alternativu$ Energija vjetra se oblikuje kao kritični izvor električneenergije u svijetu$ #anas je ta energija prvenstveno vezana za kopno$ 1čekivani budu"i trend

je u velikoj mjeri iskoristiti neiskorištenu zalihu nekopnene energije vjetra$

Slika +/$ Pro%jena rasta vjetroturbina ;+0<

=zlazna snaga nekopnenih vjetroturbina op"enito "e biti mnogo ve"a nego što je kod kopnenih

turbina$ Bto je ve"a izlazna snaga po jednoj turbini ve"i "e biti i povrat sredstava$ 3ana

tehnologija rotora i statora koja preovladava u dizajnu sadašnjih turbina pokazat "e se kao

neadekvatna pri ve"im snagama$ S obzirom da se radi na tome da izlazna snaga bude ve"a od

+*& za jednu turbinu očito je da su potrebne nove tehnologije za podršku rasta nekopnenih

vjetroelektrana$

17


21/24

18


22/24

'. (izajn superprovodnih visokotemperaturnih generatora sa )*+O

navojima

Napredak u kriogenim rashla@ivačima i superprovodnim materijalima potaknuo je interes za

gradnju superprovodnih generatora$ Poboljšana učinkovitost i pove"anje dostupnedu-ine 7891 superprovodnih traka čine ovaj materijal pogodnim izborom u odnosu

na ranije 8iS991 C8ismuth strontium %al%ium %opper oideD materijale$ =ako je iznos

nominalne struje 7891 superprovodnih traka manji od nominalne struje 8iS991

traka' ove trake su tanje i tolerantnije prema normalnoj komponenti magnetnog polja$

1sim toga njihove perormanse se br-e poboljšavaju$ Na sli%i je prikazano nekoliko

mogu"ih konigura%ija rotora izabranih za evalua%iju$ U svim slučajevima

pretpostavlja se da je demonstrator />polna mašina$

Slika +6$ onigura%ije rotora: aD sa punim jezgrom' bD unutrašnja jezgra i jezgra zavojni%e' %D unutrašnja jezgra'

dD bez jezgre ;/<

Prva izvedba Cslika +6aD se temelji na klasičnoj konigura%iji Ckao što je kod konven%ionalnihizvedbi rotora sa bakarnim navojimaD sa namotima zatvorenim unutar pola$ U drugoj izvedbi

Cslika +6bD polovi su nemagnetni' što smanjuje rasipanje luksa' ali ostavlja nam malo

kontrole nad poljem superprovodnog navojka$ Poslednje dvije konogura%ije Cslike +6% i +6dD

imaju za %ilj predstaviti mašinu u punoj veličini sa rotorom bez jezgre i one nude najve"u

mogu"nost smanjenja mase kao i jednostavniju konstruk%iju kriostata nego prethodne dvije

izvedbe$

#a bi se opravdalo korištenje ATS navoja rotora' mašina treba ponuditi značajnu prednost

bilo u smanjenju gubitaka ili u smanjenju mase$

19


23/24

,. -aključak

!asno je da su superprovodni elementi u mnogome olakšali konstruk%iju električnih mašina$

=ako su još uvijek u azi proučavanja jasno je da superprovodni elementi predstavljaju

budu"nost u elektro industriji$ Napredak u razvoju ATS>a je otvorio vrata za razvoj ATSmotora i generatora visoke eikasnosti i pouzdanosti' sa poten%ijalno konkurentnom %ijenom'

a i visokom vjerovatno"om prihvatanja od strane krajnjeg korisnika$ ljučne tehnologije za

razvoj ATS mašina su u biti dokazane kao dovoljno čvrste i pristupačne$ Sa razvojem i

napretkom tehnologije ATS materijala' kao i realiza%ijom industrijske proizvodnje ATS -i%a'

ATS mašine mogu biti kompaktnije' lakše i eikasnije od klasičnih mašina' te se očekuje da "e

zamijeniti te mašine u mnogo područja$

20


24/24

1. /iteratura

;+< &aterijali u elektrotehni%i' pro$ dr$ 5lado &ad-arevi"' pro$ dr$ &ensur asumovi"'

predavanja

;)< http:JJOOO)$d$pm$uns$a%$rsJdoOnloadJizika)JSuperprovodljiviulereni$pd

;0< https:JJopus$lib$uts$edu$auJresear%hJbitstreamJhandleJ+*,.0J.6+,J)**6***))4$pd

;,< http:JJpro%eedings$eOea$orgJannual)*+)Jalliles)J+..4EEK)*+)presentation$pd

;.< http:JJOOO$eO$tu>

darmstadt$deJmediaJeOJvorlesungen,Jvorlesungneuete%hnologienbeielektrenergieOandle

rnundaktorenJNTenglish))$pd

;/< http:JJeprints$soton$a%$ukJ)6++*4J+J)4PE*.+*+0/>+,*goddard$pd

;6< http:JJen$Oikipedia$orgJOikiJFault%urrentlimiter

;2< http:JJsupra%ondu%tivite$rJenJ

;4< http:JJhperphsi%s$ph>astr$gsu$eduJhbaseJsolidsJs%app$html

;+*< http:JJieeeplore$ieee$orgJplJlogin$jsptpVWarnumberV+/,0+0*WurlV httpR0KR)FR)Fieeeplore$ieee$orgR)FplsR)Fabsall$jspR0FarnumberR0#+/,0+0*

;++< http:JJen$Oikipedia$orgJOikiJ&eissneree%t

;+)< http:JJOOO$Ote%$orgJloolaJs%paJ*,*0$htm

;+0< http:JJOOO$supte%h$%omJ&otorsandGenerators1%t+*$pd

Superprovodnost Kod Obrtnih Masina

Documents

Transcript of Superprovodnost Kod Obrtnih Masina