کد خبر: ۳۹۴۴۰
تاریخ انتشار: ۱۳:۰۰ - ۲۵ مهر ۱۳۹۸
در آغاز عملکرد ماشین، سیم‌پیچی‌های آرمیچر برای تولید میدان مغناطیسی روتور عمل می‌کنند. هر یک از فاز‌های آرمیچر با یک جریان DC و برای تولید یک میدان ایستا و مخالف با میدان تولید شده توسط یک منبع جریان سه فاز متعادل تغذیه می‌شوند. پس از آن، روتور به وسیله نیتروژن سرد شده و استوانه‌های کم‌ارتفاع، ابررسانا می‌شوند و شار به وجود آمده را درون خود محصور و محبوس می‌کنند.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز،
 
طراحی موتور HTS

طرح کلی یک موتور HTS در شکل ۱ نشان داده شد. اکنون می‌خواهیم با توجه به آنچه گفته شد، یک موتور HTS بدون در نظر گرفتن محاسبات پیچیده و از نظر کلی طراحی کنیم.

در گام اول، استاتور را طراحی می‌کنیم.

طراحی استاتور

ابتدا باید HTS را انتخاب کنیم. نوار HTS که برای سیم‌پیچی آرمیچر از آن استفاده می‌شود از جنس AMSC YBCO و نوع ۳۴۴ است.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۷: ابعاد سیم‌پیچی

گام بعدی، مربوط به طراحی استاتور است. همان‌طور که می‌دانیم، سیم‌پیچی آرمیچر در معرض یک میدان مغناطیسی گردان قرار می‌گیرد. در نتیجه، عمل سیم‌پیچی باید به گونه‌ای باشد که تلفات AC حداقل شود. در طراحی سیم‌پیچ آرمیچر، پیشانی نوار YBCO در کنار اجزای محکم میدان مغناطیسی روتور قرار می‌گیرند، زیرا تلفات AC در زوایای مختلف توسط این اجزای ستون‌وار میدان کنترل می‌شوند. علاوه بر این، به دلیل داشتن تغییر شکل نسبی حدود ۰٫۳ درصد، نوار YBCO ترد و شکننده است.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۸: برشی از سیم‌پیچ‌ها

در نتیجه، سیم‌پیچی آرمیچر موتور HTS از شش سیم‌پیچ حلقه-مسطح (مانند زمین دو و میدانی) با شعاع زانویی در حدود چند سانتی‌متر تشکیل می‌شود. نحوه این سیم‌پیچی در شکل‌های ۷، ۸ و ۹ آمده است.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۹: تصویری از دو سیم‌پیچ HTS

سیم‌پیچی‌های دولایه HTS روی هم سوار می‌شوند تا یک سیم‌پیچی واحد را تشکیل دهند. این کار سبب دو برابر شدن تعداد دور‌های سیم‌پیچی و بیشینه کردن اندوکتانس آن می‌شود. تعداد کل دور بر فاز سیم‌پیچی‌های استاتور ۲۰۰ است که سهم هر لایه ۵۰ دور خواهد بود.

ساختمان استاتور موتور در شکل ۱۰ نشان داده شده است. استاتور موتور HTS از شش سیم‌پیچی آرمیچر HTS (برچسب ۱) تشکیل می‌شود و پشتیبان‌های غیرمغناطیسی (برچسب ۲) و نیز مواد غیرمغناطیسی بیرون حلقه‌ها (برچسب ۳) برای ثابت کردن موقعیت سیم‌پیچی‌ها به کار می‌روند. در آخر نیز یک پوشش برای جلوگیری از تابش الکترومغناطیسی در ماشین به کار گرفته می‌شود.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۱۰: ساختمان استاتور

طراحی روتور

استوانه‌های کم‌ارتفاع HTS (که قبلاً معرفی شدند)، هنگامی که مغناطیسی شوند، مانند آهنربای دائم کار می‌کنند و بنابراین از آن‌ها در ساختمان روتور استفاده می‌شود. پیکربندی روتور در شکل ۱۱ و ۱۲ نشان داده شده‌اند.

روتور از یک محور از مواد غیرمغناطیسی، یک فضای کمعمق برای پر کردن نیتروژن مایع جهت خنک‌سازی استوانه‌های کم‌ارتفاع ابررسانا و ۸۰ استوانه کم‌ارتفاع ابررسانای چسبیده به یک دیواره مسی با لایه چسبناک ۱ میلی‌متری با دمای پایین ساخته می‌شود. دیواره مسی گرما را از استوانه‌های کم‌ارتفاع ابررسانا به نیتروژن مایع هدایت می‌کند. حاشیه (دیواره) روتور از مواد عایق گرما تشکیل می‌شود. قطر کلی روتور تقریباً ۱۸۰ میلی‌متر است.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۱۱: برش مقطعی روتور

در آغاز عملکرد ماشین، سیم‌پیچی‌های آرمیچر برای تولید میدان مغناطیسی روتور عمل می‌کنند. هر یک از فاز‌های آرمیچر با یک جریان DC و برای تولید یک میدان ایستا و مخالف با میدان تولید شده توسط یک منبع جریان سه فاز متعادل تغذیه می‌شوند. پس از آن، روتور به وسیله نیتروژن سرد شده و استوانه‌های کم‌ارتفاع، ابررسانا می‌شوند و شار به وجود آمده را درون خود محصور و محبوس می‌کنند. سپس یک منبع جریان سه‌فاز AC به استاتور اعمال می‌شود و ماشین مانند یک موتور سنکرون مغناطیس دائم عمل خواهد کرد.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۱۲: نمای سه‌بعدی روتور

آزمایش سیم‌پیچی‌ها

سیم‌پیچی‌های آرمیچر به واسطه نسل دوم اکسید مس باریم وایتوریوم (YBCO) به صورت نواری مستحکم می‌شوند. پیکربندی سیم‌پیچی در شکل ۱۳ تشریح شده است.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۱۳: پیکربندی سیم‌پیچی

سیم‌پیچ از فولاد ضدزنگ تشکیل شده است که برای جلوگیری از به وجود آمدن جریان حلقه‌بسته، قسمتی از آن شکافته شده است. قسمت شکاف‌دار به وسیله قطعه G۱۰ پوشانده و پایدار شده است.

شابلن (قالب‌گیر) با نوعی نوار پارچه‌ای به عنوان عایق پایه‌ای بسته شده است. در دو سر خروجی سیم‌پیچی HTS، اتصالات مسی برای اتصال مناسب فشرده شده‌اند. سه سیم اتصال ولتاژ (آبی) نیز فشرده‌اند. دو سیم ترموکوپل نیز بین نیمه‌های سیم‌پیچ قرار گرفته‌اند. دو سنسور Pt۱۰۰ (قرمز) نیز تعبیه شده‌اند. سیم‌پیچ نیز به صورت کامل در اپوکسی رزین قرار می‌گیرد.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۱۴: نمودار جریان بحرانی YBCO نمونه

جریان بحرانی هر دو لایه نازک YBCO مذکور به وسیله تکنیک جریان ضربه‌ای DC اندازه‌گیری می‌شود (شکل ۱۴). جریان بحرانی در شرایط میدان الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. برای نوار YBCO مورد آزمایش اگر فاصله بین دو سر ۲ سانتی‌متر باشد، جریان بحرانی اندازه‌گیری شده ۱۶۰ آمپر خواهد بود. از سوی دیگر، طول کلی سیم‌پیچ ابررسانا ۶۰ متر است و بنابراین جریان بحرانی اندازه‌گیری شده سیم‌پیچ ۵۱ آمپر است. کاهش جریان بحرانی به چند عامل وابسته است. اولین عامل میدان مغناطیسی خودی تولید شده توسط HTS است. عامل دیگر که مهم‌ترین عامل است، این است که طول هر سیم به تنهایی ۲۰ متر بوده، در صورتی که طول کل سیم‌پیچ ۶۰ متر است. این موضوع سبب می‌شود که حداقل در محل اتصال دو سیم جریان بحرانی کل سیم‌پیچ کاهش یابد.
آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم
شکل ۱۵: جریان بحرانی سیم‌پیچ HTS

معادلات حاکم بر ماشین و تخمین قدرت آن

معادلات شار پیوندی استاتور و گشتاور الکترومغناطیسی در دستگاه dq به صورت زیر هستند:

آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم

که در آن، λf، Ld و Lq ثابت emf آرمیچر و اندوکتانس‌ها و pتعداد زوج قطب‌ها است.

میدان تولید شده توسط قطعات ابررسانای مغناطیس شده تقریباً ۰٫۳ تسلا است. همچنین، ثابت emf آرمیچر λfو اندوکتانس‌های سنکرون Ld و Lqبه صورت زیر هستند:

λf=۰.۶۷۵Wb

Ld=Lq=۰.۸۰۵۲m H

اگر از یک الگوریتم کنترل بهره بگیریم و زاویه گشتاور را روی ۹۰ درجه نگه داریم، آنگاه مقدار idصفر و iqبرابر با کل جریان، یعنی ۵۰ آمپر، خواهد شد و نیز گشتاور الکترومغناطیسی را می‌توان ۱۰۰ نیوتن متر تخمین زد؛ بنابراین توان نیز این‌گونه محاسبه می‌شود:

آشنایی با موتور ابررسانا - بخش دوم

جمع‌بندی

فناوری ابررسانا‌های دما بالا سبب پیشرفت قابل توجهی در ساخت موتور‌های توان بالا شده است. سیم‌پیچی تحریک ابررسانای دمابالا می‌تواند چگالی شار مغناطیسی بالایی در فاصله هوایی با تلفات تحریک صفر ایجاد کند. مشخصه چنین سیستم تحریکی با سیستم‌های تحریک معمولی، یعنی سیم‌پیچی مسی یا آهنربای دائمی قابل حصول نیست. یک موتور سنکرون با ابررسانای دمابالا (HTS) به طور مؤثر وزن محرکه‌های الکترومکانیکی را به نصف می‌رساند. همچنین، موتور‌های سنکرون HTS در مقایسه با موتور‌های الکتریکی مرسوم با مشخصات نامی برابر، ارزان‌تر، سبک‌تر، فشرده‌تر و کارآمدتر هستند و از همه مهم‌تر شرایط عملکرد پایدار را در سیستم قدرت میسر می‌سازند.
 
منبع: فرادرس
ارسال نظر قوانین ارسال نظر
لطفا از نوشتن با حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.
نام:
ایمیل:
* نظر:
وضعیت انتشار و پاسخ به ایمیل شما اطلاع رسانی میشود.
پربازدیدها
برق در شبکه های اجتماعی
اخبار عمومی برق نیوز
عکس و فیلم
پربحث ترین ها
آخرین اخبار