طراحی موتور HTS

طراحی موتور HTS:
طرح کلی یک موتور HTS در شکل 1 نشان داده شد. اکنون می خواهیم 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 می کنیم.

طراحی استاتور:
ابتدا باید HTS را انتخاب کنیم. نوار HTS که برای سیم پیچی آرمیچر از آن استفاده می شود از جنس AMSC YBCO و نوع 344 است.

شکل 7: ابعاد سیم پیچی

گام بعدی، مربوط به طراحی استاتور است. همان طور که می دانیم، سیم پیچی آرمیچر در معرض یک میدان مغناطیسی گردان قرار می گیرد. در نتیجه، عمل سیم پیچی باید به گونه ای باشد که تلفات AC حداقل شود.

در طراحی سیم پیچ آرمیچر، پیشانی نوار YBCO در کنار اجزای محکم میدان مغناطیسی روتور قرار می گیرند، زیرا تلفات AC در زوایای مختلف توسط این اجزای ستون وار میدان کنترل می شوند. علاوه بر این، به دلیل داشتن تغییر شکل نسبی حدود 0٫3 درصد، نوار YBCO ترد و شکننده است.

شکل 8: برشی از سیم پیچ ها

در نتیجه، سیم پیچی آرمیچر موتور HTS از شش سیم پیچ حلقه-مسطح (مانند زمین دو و میدانی) با شعاع زانویی در حدود چند سانتی متر تشکیل می شود. نحوه این سیم پیچی در شکل های 7، 8 و 9 آمده است.

شکل 9: تصویری از دو سیم پیچ HTS

سیم پیچی های دولایه HTS روی هم سوار می شوند تا یک سیم پیچی واحد را تشکیل دهند. این کار سبب دو برابر شدن تعداد دورهای سیم پیچی و بیشینه کردن اندوکتانس آن می شود. تعداد کل دور بر فاز سیم پیچی های استاتور 200 است که سهم هر لایه 50 دور خواهد بود.

ساختمان استاتور موتور در شکل 10 نشان داده شده است.

استاتور موتور HTS از شش سیم پیچی آرمیچر HTS (برچسب 1) تشکیل می شود و پشتیبان های غیرمغناطیسی (برچسب 2) و نیز مواد غیرمغناطیسی بیرون حلقه ها (برچسب 3) برای ثابت کردن موقعیت سیم پیچی ها به کار می روند. در آخر نیز یک پوشش برای جلوگیری از تابش الکترومغناطیسی در ماشین به کار گرفته می شود.

شکل 10: ساختمان استاتور

طراحی روتور:
استوانه های کم ارتفاع HTS (که قبلاً معرفی شدند)، هنگامی که مغناطیسی شوند، مانند آهنربای دائم کار می کنند و بنابراین از آن ها در ساختمان روتور استفاده می شود. پیکربندی روتور در شکل 11 و 12 نشان داده شده اند.

روتور از یک محور از مواد غیرمغناطیسی، یک فضای کمعمق برای پر کردن نیتروژن مایع جهت خنک سازی استوانه های کم ارتفاع ابررسانا و 80 استوانه کم ارتفاع ابررسانای چسبیده به یک دیواره مسی با لایه چسبناک 1 میلی متری با دمای پایین ساخته می شود.

دیواره مسی گرما را از استوانه های کم ارتفاع ابررسانا به نیتروژن مایع هدایت می کند. حاشیه (دیواره) روتور از مواد عایق گرما تشکیل می شود. قطر کلی روتور تقریباً 180 میلی متر است.

شکل 11: برش مقطعی روتور

در آغاز عملکرد ماشین، سیم پیچی های آرمیچر برای تولید میدان مغناطیسی روتور عمل می کنند. 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 می شوند.

پس از آن، روتور به وسیله نیتروژن سرد شده و استوانه های کم ارتفاع، ابررسانا می شوند و شار به وجود آمده را درون خود محصور و محبوس می کنند.

سپس یک منبع جریان سه فاز AC به استاتور اعمال می شود و ماشین مانند یک موتور سنکرون مغناطیس دائم عمل خواهد کرد.

شکل 12: نمای سه بعدی روتور