магнитное поле, что уже нет необходимости применять стальной магнитопровод,

традиционный для любой электрической машины. Устранение стали снизит массу

ротора и его инерционность.

Создание криогенных электрических машин — не дань моде, а необходимость,

естественное следствие научно-технического прогресса. И есть все основания

утверждать, что к концу века сверхпроводящие турбогенераторы мощностью более

1000 МВт будут работать в энергосистемах.

Первая в Советском Союзе электрическая машина со сверхпроводниками была

спроектирована в Институте электромеханики в Ленинграде еще в 1962…1963 гг. Это

была машина постоянного тока с обычным ("теплым") якорем и сверхпроводниковой

обмоткой возбуждения. Мощность ее составляла всего несколько ватт.

С тех пор коллектив института (сейчас — ВНИИэлектромаш) работает над созданием

сверхпроводящих турбогенераторов для энергетики. За истекшие годы удалось

построить опытные конструкции мощностью 0,018 и 1 МВт, а затем и 20 МВт…

Каковы же особенности этого детища ВНИИэлектромаша?

Сверхпроводящая обмотка возбуждения находится в гелиевой ванне. Жидкий гелий

поступает во вращающийся ротор по трубе, расположенной в центре полого вала.

Испарившийся газ направляется обратно в конденсационную установку через зазор

между этой трубой и внутренней стенкой вала.

В конструкции трубопровода для гелия, как и в самом роторе, есть вакуумные

полости, создающие хорошую теплоизоляцию. Вращающий момент от первичного

двигателя подается к обмотке возбуждения через "тепловые мосты" — конструкцию,

достаточно прочную механически, но плохо передающую тепло.

В итоге конструкция ротора представляет собой вращающийся криостат со

сверхпроводящей обмоткой возбуждения.

Статор сверхпроводящего турбогенератора, как и в традиционном варианте, имеет

трехфазную обмотку, в которой магнитным полем ротора возбуждается

электродвижущая сила. Исследования показали, что применять сверхпроводящую

обмотку в статоре нецелесообразно, так как на переменном токе в сверхпроводниках

возникают немалые потери. Но в конструкции статора с "обычной" обмоткой есть

свои особенности.

Обмотку оказалось возможным в принципе разместить в воздушном зазоре между

статором и ротором и крепить по-новому, с помощью эпоксидных смол и

конструктивных элементов из стеклопластика. Такая схема позволила разместить

больше медных проводников в статоре.

Оригинальна и система охлаждения статора: тепло отводится фреоном, который

одновременно выполняет и функцию изолятора. В перспективе это отведенное тепло

можно будет использовать для практических целей с помощью теплового насоса.

В моторе турбогенератора мощностью 20 МВт был применен медный провод

прямоугольного сечения 2,5 х 3,5 мм. В него впрессовано 3600 жил из ниобий-

титана. Такой провод способен пропускать ток до 2200 А.

Испытания нового генератора подтвердили расчетные данные. Он оказался вдвое

легче традиционных машин той же мощности, а его КПД выше на 1 %. Сейчас этот

генератор работает в системе "Ленэнерго" в качестве синхронного компенсатора и

вырабатывает реактивную мощность.

Но основной итог работы — колоссальный опыт, накопленный в процессе создания

турбогенератора. Опираясь на него, ленинградское электромашиностроительное

объединение "Электросила" приступило к созданию турбогенератора мощностью уже

300 МВт, который будет установлен на одной из строящихся в нашей стране

электростанций.

Сверхпроводящая обмотка возбуждения ротора изготовлена из ниобий-титанового

провода. Устройство его необычно — тончайшие ниобий-титановые проводники

запрессованы в медную матрицу. Сделано это для того, чтобы предотвратить переход

обмотки из сверхпроводящего состояния в нормальное в результате воздействия

флуктуаций магнитного потока или других причин. Если же это все-таки произойдет,

ток потечет по медной матрице, тепло рассеется, сверхпроводящее состояние

восстановится.

Технология изготовления собственно ротора потребовала внедрения принципиально

новых технических решений. Если ротор обычной машины делают из цельной поковки