As electric energy of direct-current sources in энергоустановках the ordinary collector generators of direct-current, alternators, can be used with rectifying installations, and also homopolar generators(УГ).
The use of сверхпроводящих обмоток will allow to increase the closeness of electric energy in these machines and bring down their specific gravity, that it is related to the height of magnetic stream in the swept volume and reduction of thermal losses

.

По сравнению с другими типами электрических машин униполярные генераторы обладают рядом преимуществ. Простота конструкции, большая перегрузочная способность, высокий КПД, отсутствие пульсаций в кривой тока и напряжения, возможность непосредственного подсоединения к турбине ЭУ и т.д.

Использование в униполярных генераторах сверхпроводящей обмотки дает возможность значительно увеличить магнитное поле и э.д.с. генератора.

При этом сверхпроводящая обмотка возбуждения помещается в неподвижный криостат и не подвергается воздействию переменной составляющей магнитного поля или каким-либо механическим воздействиям, как в других электрических машинах. Рабочие характеристики униполярных генераторов в значительной степени определяются линейной скоростью вращения ротора.

К более широкому применению УГ в энергоустановках, является не столько прочностные характеристики материала ротора, сколько способность к устойчивой работе подвижного электрического контакта. В настоящее время в униполярных машинах в основном применяются щеточные и жидкометаллические подвижные электрические контакты.

Щеточные контакты в стационарном режиме могут работать только до скоростей 20-30 м/с при плотности электрического тока 2^.10⁵А/м².

В кратковременном режиме, при использовании угольно-волокнистых щеток с медным покрытием, была достигнута линейная скорость вращения до 150 м/с при плотности тока 10⁵А/м².

Кроме механических потерь в зоне контакта возникают еще и значительные электрические потери.

Причем увеличение скорости вращения ротора приводит к росту электрических потерь.

Применение жидкометалического контакта (ЖМК) является более эффективным решением вопроса с контактом в униполярных генераторах.

Однако такой контакт может работать только до 50м/сек, т.к. при более высоких скоростях вращения контактное кольцо становится неустойчивым и значительно возрастают потери за счет трения.

Кроме того, в сильном магнитном поле возможен разрыв ЖМК вследствие выталкивания металла из межэлектродного зазора электромагнитными силами, вследствие чего, в зоне отсутствия металла образуется электрическая дуга, нарушающая нормальную работу контакта.

Кроме ЖМК и щеточного  контактов в униполярных генераторах может применяться и электродуговой контакт .        

Падение напряжения в электрической дуге такого контакта достигает 12-18 В при плотности электрического тока до 110А/см².

В результате этого в зоне горения, дуги выделяются большие тепловые потоки, что затрудняет охлаждение электродов и приводит к значительному снижению КПД УГ.

При этом следует отметить, что достигнутая в этих испытаниях скорость вращения ротора 150м/с не влияла на характеристики и устойчивость электрической дуги.

Как показали дополнительные исследования, подобный вид контакта может работать до 350 м/с, а при создании определенных условий, падение напряжения в дуге контакта может быть снижено до 1-3 В  при плотности тока до 100 -200 А/см².

Достижение таких скоростей вращения ротора, и потерь в контакте дают возможность рассматривать униполярный генератор как высокоэффективный источник электрической энергии, непосредственно подсоединяющегося к турбине, что является также одним из положительных факторов при создании энергоустановок больших мощностей.

Постоянный адрес данной публикации: