Создание сверхпроводниковых электрических машин с высокой удельной мощностью для перспективных более/полностью электрических самолетов

1. Разработана конструкция электрической машины с ВТСП обмотками ротора и статора. В конструкции предусмотрены узлы подачи и вывода охлаждающего азота, быстрый доступ к электрическим соединениям обмоток. Также предусмотрена возможность замены магнитопровода ротора. 2. Изготовлены элементы конструкции машины, в том числе 15 ВТСП катушек, выполненных по типу двойной галеты. Наличие изготовленных деталей и узлов позволило скорректировать конструкторскую документацию с целью улучшения технологичности изделия и снижения его стоимости. Машина полностью собрана. 3. Описаны детали машины, выполненные с применением аддитивных технологий. Использование деталей, полученных с помощью 3D печати позволяет снизить вес машины и стоимость ее изготовления. Накопленный опыт позволит в будущем более рационально применять данные технологии при разработке ВТСП электрических машин. 4. Описаны экспериментальные стенды для исследований ВТСП электрических машин в сборе и ВТСП катушек в отдельности. В состав стендов входит оборудование для фиксации параметров исследуемых образцов. В частности, использован высокопроизводительный портативный регистратор (дата-логгер) Yokogawa DL850E, который может выполнять захват и анализ данных с высокой точностью. В частности, использованы модули, обладающие чувствительностью 0,1 мВ/дел и частотой дискретизации до 10 Мвыб/с. 5. Проведены экспериментальные исследования ВТСП катушек ротора и статора, определены их критические токи при температуре жидкого азота, "теплые" сопротивления и индуктивности. Показано, что критический ток всех изготовленных катушек выше 60 А, что значительно превышает номинальное значение. Кроме того, это показывает высокий уровень технологии изготовления, т.к. данный показатель выше аналогичных, встречающихся в литературе. 6. Проведены испытания обмоток ротора и статора в сборе. Получены значения критического тока. Показано, что магнитное поле, созданное обмоткой снижает критический ток. При этом его значение оказывается выше номинального. 7. Проведены серии экспериментальных исследований электрической машины с ВТСП обмотками ротора и статора в генераторном режиме. Время захолаживания составило 20 минут. Критический ток ОВ превышает 50 А для всех конструкций. Построены характеристики холостого хода и внешние характеристики. Показана хорошая сходимость результатов с теоретическими расчетами. Достигнута мощность 11.6 кВт. 8. Проведенные испытания макетного образца полностью ВТСП электрической машины позволили накопить опыт проектирования, изготовления и испытания подобных машин, которые являются новыми типами электрических машин. В частности, апробированы технологии изготовления ВТСП катушек, работающих как на постоянном, так и на переменном токе, верифицированы и уточнены расчетные методики, предложены варианты использования деталей, выполненных с применением аддитивных технологий, в составе электрической машины с криогенным охлаждением. Все это открывает путь к созданию новых мощных машин с ВТСП обмотками ротора и статора, которые будут обладать высокими значениями удельной мощности, и установке их в опытную эксплуатацию. 9. Разработана конечно-элементная модель полностью ВСТП электрической машины. Данная модель позволяет проводить исследование работы машины под нагрузкой. Кроме того, она может быть использована для определения критического тока ВТСП катушек при их работе в составе машины. 10. Получены кривые фазных токов и напряжений машины с различной магнитной цепью при различных нагрузках. Показано, что различия в результатах моделирования и экспериментальных исследований оказываются незначительными – не более 8%. При этом модель позволяет оценить качество генерируемого напряжения. 11. Результаты моделирования показывают, что созданные модели машин позволяют исследовать режимы их работы и с высокой точностью оценивать их параметры. Это открывает возможности к созданию полностью сверхпроводниковых машин с повышенной мощностью, которые будут не только обладать высокими значениями удельной мощности, но и прогнозировать качество генерируемого ими напряжение, а также режимы их работы в двигательном режиме при управлении от статических силовых преобразователей