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舰船单机电机的工作原理
内容简介:对于大容量的超导单极电机而言,我们必须解决从高速滑环上集取高达几万甚至十几万安培以上电流的问题,对其某些方面的要求,则超过了目前任何一种滑动接触集电的其他电器设备的要求。
  效率电机励磁绕组因采用超导磁体而没有损耗,单极电机不存在交变磁场,没有铁耗,虽然因制造超导的低温条件而需要制冷机,但容量也较小,通常只需几十kW,因此电机效率高,一般大容量的普通直流电机效率为94.0%~96.0%,而超导单极发电机可达97.5%~99.0%,电动机可达97.0%~98.0%. 
  提高电机电压一般而言,单极电机整个电枢就是一根导体,即使采用超导技术后仍然摆脱不了低压大电流的特点,这就很难与普通的电器设备电压相匹配,大的电流造成母线联接的困难,电源设备费用的提高等等,控制电枢电压或说提高电机电压将是一个重要课题。分隔式滑环将电枢导体分成许多分隔的扇形片导体,组成一个分隔式的转子。然后象常规电机的换向器那样,在其上将电刷作适当的布置和联接,像那样即可达到提高电压的目的。 
  连续式滑环为了克服分隔滑环的级电压限制,特别是对于电压不太高的电机,或者对于高速发电机或用液态金属集电的电机而言,采用连续式滑环结构更合适。它是将筒式电机电枢上每一扇形块(或电枢导条)都使用各自的滑环。并将其联接起来而提高电机电压。这种电机滑环较多,有n对滑环即可提高n倍电压。300kW超导单极电机电枢导条产生电势为20V,采用了12对滑环,将电机电压提高到240V,从而达到实用化的电压等级。 
  超导磁体系统超导磁体半超导形式电机是用超导线绕制的超导磁体来取代普通铜线绕制的励磁线圈,通以直流电而形成强磁场。磁体设计目前最实用的线材是铜基铌钛超导线,现已有由一万多根直径仅为几微米的铌钛细丝组成的多蕊细丝复合超导线,从而有利于其工作的稳定性,需要高场强的材料也可考虑铌锡和钒锡化合物。根据电机总体需要,提出磁体的数量、构成、基本尺寸范围,主磁场和屏蔽磁场强度,通电电源等要求而进行设计。 
  低温容器根据电机结构要求和磁体截面并保证有足够的存留液氦的容积来确定其尺寸的。无疑都是中空的异型杜瓦,应保证其尽可能小的尺寸,并使电机有效磁通得以充分利用。为保证低的液氦蒸发量和尽可能少的漏热,在低温绝热技术中,通常采用由许多用高真空夹层分开的互相重迭的高反射率薄膜组成的多层绝热方式,它比真空绝热的绝热性能好得多,而且它对真空度要求并不高。为充分利用冷量有时还考虑设计冷气屏。 
  低温容器内胆通常要承受几百公斤甚至更大的磁体重量,由于结构的需要有多个磁体分置不同容器中,其电磁力可能高达几十吨,因此,内胆支撑件必须设计有足够的强度,对玻璃钢支撑件尤其应考虑其工艺因素,支撑材料应选择强度与热导率之比值大的材料。300kW超导单极电机磁体运行特征图8电刷电流密度对电机设计影响技术关键之一,对于大容量的超导单极电机而言,我们必须解决从高速滑环上集取高达几万甚至十几万安培以上电流的问题,对其某些方面的要求,则超过了目前任何一种滑动接触集电的其他电器设备的要求。 
  固体电刷集电是比较简单的,但是普通的电刷参数太低而无法在单极电机上使用,近年来英国在固体电刷集电技术方面做了大量的试验研究并取得重大发展,试验电刷电流密度已达100A/cm2,而且除金属石墨电刷外,镀金属碳纤维电刷也取得发展。从而为实际应用打下基础。
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