Методы расчета электрических машин с массивными высокотемпературными сверхпроводниками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, доктор технических наук Ковалев, Константин Львович

• Ковалев, Константин Львович
• доктор технических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор технических наук Ковалев, Константин Львович

ВВЕДЕНИЕ

1 Сверхпроводниковые электрические машины. Состояние разработок и 18 перспективы развития

1.1 Классификация электромеханических преобразователей на 19 основе СП

1.2 Электрические машины с композитными СП проводами на 21 роторе

1.3 Электрические машины с СП проводами переменного тока

1.4 Электрические машины с объемными и композитными 32 листовыми ВТСП элементами

1.5 Высокотемпературные сверхпроводники и температурные 35 диапазоны их работ

1.6 Системы криостатирования

1.7 Особенности построения математических моделей 42 электромеханических процессов в ВТСП преобразователях энергии

1.7.1 Общая характеристика теоретических моделей

1.7.2 Феноменологические модели расчета токонесущих 43 элементов на основе ВТСП

1.7.3 Двумерные модели расчета электродинамических 48 процессов и параметров СПЭМ

Выводы по 1 главе

2 Математические модели электромагнитных и гистерезисных 57 процессов в массивных и слоистых композитных ВТСП элементах электрических машин

2.1 Электродинамика массивных монодоменных ВТСП элементов 58 с высокой токонесущей способностью (£»1)

2.1.1 Локальные электродинамические процессы в 58 массивных ВТСП в полях различной поляризации

2.1.2 Общая постановка задачи расчета магнитных полей в 67 массивных ВТСП элементах

2.1.3 ВТСП пластина в бегущем и пульсирующем магнитных 69 полях

2.1.4 ВТСП цилиндр в пульсирующем и вращающемся 74 магнитных полях

2.1.5 ВТСП сфероид в пульсирующем и вращающемся 85 магнитных полях

2.1.6 Намагниченность и гистерезисные потери в массивных 88 ВТСП элементах

2.1.7 Влияние зависимости J{H) на магнитный момент ВТСП 93 элементов и гистерезисные процессы

2.1.8 Экспериментальные исследования намагниченности 94 сфероидов из монодоменных ВТСП

2.2 Электродинамика массивных поликристаллических ВТСП с 103 низкой токонесущей способностью (£«1)

2.2.1 Среднесферическое приближение

2.2.2 Цилиндры и сфероиды из ВТСП с <£«1 в 108 пульсирующих и вращающихся магнитных полях

2.3 Электродинамика слоистых композитных материалов на 112 основе ВТСП и магнитомягких сталей

2.3.1 Феноменологические модели слоистых композитных 112 материалов

2.3.2 Характеристики магнитных свойств ВТСП пластин и 115 ферромагнитных пластин ротора

2.3.3 Композитный слоистый ВТСП цилиндр в однородном 122 внешнем магнитном поле

2.4 Влияние физических свойств объемных и композитных ВТСП 130 элементов на характеристики электрических машин

Выводы по 2 главе

3. Математические модели и методы расчета электродинамических процессов в гистерезисных ВТСП двигателях с объемными ВТСП элементами

3.1 Устройство и принцип действия гистерезисного ВТСП 139 двигателя. Общая характеристика объемных ВТСП элементов двигателя

3.2 Математические модели процессов в цилиндрических 141 гистерезисных двигателях с монодоменными ВТСП элементами с высокой токонесущей способностью (£>> /)

3.2.1 Принципы построения решений и общая постановка 141 задачи

3.2.2 Аналитические решения и основные соотношения для 144 расчета распределений магнитных полей и выходных характеристик ВТСП двигателей

3.2.3 Анализ параметров ВТСП двигателя с £>>

3.3 Математические модели процессов в цилиндрических 158 гистерезисных двигателях с поликристаллическими ВТСП элементами с низкой токонесущей способностью « 1)

3.3.1 Принципы построения решений и общая постановка 158 задачи

3.3.2 Аналитические решения и основные соотношения для 160 расчета распределений магнитных полей и выходных характеристик ВТСП двигателей 3.3.3 Анализ параметров ВТСП двигателя с ¿¡«

3.4 Теоретические методы расчета торцевых гистерезисных ВТСП 169 двигателей с ¿¡»

3.4.1 Общая постановка задачи

3.4.2 Магнитные поля и основные расчетные соотношения 176 для выходных характеристик торцевых ВТСП двигателей

3.5 Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП 186 электродвигателей. Сопоставление теоретических расчетов с опытными данными

3.5.1 Экспериментальные исследования гистерезисных 186 ВТСП двигателей мощностью до 100 Вт

3.5.2 Экспериментальные исследования гистерезисных 194 ВТСП двигателей мощностью 500 - 1000 Вт

3.5.3 Экспериментальные исследования торцевых 198 гистерезисных ВТСП двигателей

3.5.4 Экспериментальные исследования гистерезисных 204 ВТСП двигателей при пониженных температурах

Выводы по 3 главе

4 Математические модели электродинамических процессов в реактивных ВТСП двигателях

4.1 . Математические модели электродинамических процессов в активной зоне реактивных ВТСП двигателей с композитным слоистым ротором

4.1.1 Классификация реактивных ВТСП двигателей

4.1.2 Общая постановка двухмерных электродинамических 210 задач

4.1.3 Построение аналитических решений для двигателей с 212 композитным слоистым ротором с поликристаллическими ВТСП пластинами с £<< /

4.1.4 Аналитические решения задачи для ВТСП двигателя с 219 монодоменными ВТСП пластинами с

4.1.5 Определение индуктивных параметров и 227 энергетических характеристик ВТСП двигателей с композитным ротором

4.1.6 Результаты расчётов параметров ВТСП двигателей с 235 композитным ротором

4.2 Математические модели электродинамических процессов в 244 активной зоне реактивных ВТСП двигателей с объёмными ВТСП элементами на массивном магнитомягком роторе

4.2.1 Конструктивные схемы реактивных двигателей с 244 массивными ВТСП элементами

4.2.2 Общая постановка двухмерных электродинамических задач и структура решения для области воздушного зазора

4.2.3 Построение эквивалентных токовых слоев на 249 поверхности ротора

4.2.4 Определение индуктивных параметров и 256 энергетических характеристик реактивного ВТСП двигателя

4.2.5 Результаты расчётов параметров ВТСП двигателя с 258 объёмными элементами

4.3 Численные методы расчета параметров реактивных ВТСП электродвигателей

4.3.1 Применение метода конечных элементов для расчета 266 параметров электродвигателей

4.3.2 Методы построения рабочих характеристик реактивных 270 ВТСП двигателей с использованием МКЭ в ППП «СНискйеЫ V. 4.1»

4.3.3 Результаты численных расчетов реактивных ВТСП 278 двигателей с различной геометрией активной зоны

4.4 Экспериментальные исследования моделей погружных реактивных ВТСП двигателей. Сопоставление теоретических и опытных данных

4.4.1 Криогенно-вакуумное оборудование и стенды для 287 экспериментального исследования ВТСП двигателей

4.4.2 Описание экспериментальных реактивных ВТСП 292 двигателей

4.4.3 Результаты экспериментальных исследований и 296 сопоставление с теоретическими зависимостями

Выводы по 4 главе ~

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы расчета электрических машин с массивными высокотемпературными сверхпроводниками»

Актуальность работы

В XXI веке ожидается существенный рост производства и потребления электроэнергии (4-6 раз), что приведет к необходимости совершенствования электроэнергетических систем и повышению их экологичности. Одним из перспективных путей решения этих задач является использование сверхпроводниковых электромеханических преобразователей, позволяющих существенно улучшить экономическую и экологическую эффективность электроэнергетических процессов, а также улучшить параметры электротехнических устройств /4, 71,81/.

При этом повышение эффективности электрооборудования должно быть осуществлено с учетом возрастающих требований к сбережению ресурсов, экономии материалов и энергии, а также снижению вредного влияния на окружающую среду, в частности, уменьшению выброса газов, приводящих к возникновению парникового эффекта. Одно из наиболее перспективных направлений решения глобальных энергетических проблем связывают с развитием водородной энергетики, позволяющей радикально решить как вопросы самой электроэнергетики (включая получение, транспортировку, хранение и распределение, как электроэнергии так и водорода как будущей топливной базы) так и экологические аспекты энергоемких технологий и транспортных проблем /4, 59, 80, 86/. Решение поставленной перед электроэнергетикой задачи будет возможно, лишь используя современные материалы и технологии, важнейшими из которых являются сверхпроводниковые технологии/2, 20, 79, 91, 107/.

Открытие высокотемпературных сверхпроводниковых (ВТСП) материалов с температурой перехода выше температуры жидкого азота (77 К) позволило приступить к разработке, созданию и внедрению нового энергетического оборудования на их основе. Основными преимуществами такого оборудования по сравнению с аналогами на низкотемпературных сверхпроводниках (НТСП) являются низкая стоимость хладагента и сравнительная простота криогенной системы/80, 88, 106/.

В последние годы в России и за рубежом активно разрабатываются электромеханические преобразователи на основе ВТСП. Так, в США проводится широкий круг исследований, направленных на создание нового поколения СП синхронных машин на основе ВТСП проводов. В частности, в DoE SPI разработаны синхронные СП двигатели мощностью 150, 745 и 3700 кВт /36, 37, 84, 107/, в ВВС США разрабатывают возбудитель-генератор мощностью 1 МВт для применения в авиации /156/. В Японии, в рамках национальной программы по сверхпроводниковым генераторам разработан класс модельных сверхпроводниковых генераторов мощностью 70 MB-А со сверхпроводниковой обмоткой /165/. В Германии Siemens разработал синхронный двигатель мощностью -300 кВт с ВТСП обмотками на роторе /107/.

В России в последние 20 лет активно ведутся работы по созданию СП генераторов для общепромышленной энергетики и авиации. Изготовлен, испытан и прошел опытную эксплуатацию в энергосистеме в режиме синхронного компенсатора сверхпроводниковый турбогенератор мощностью 20 МВ-А (ВНИИ-Электромаш) /19, 20/. Сейчас в ВНИИЭлектромаш разрабатывается конструкция 20 МВА синхронного генератора с ВТСП обмоткой возбуждения (в габаритах низкотемпературного аналога данной машины) и криокулером Гиффорда-МакМагона на роторе, якорь - усовершенствованной конструкции /91, 92/. В предыдущие годы в ВНИИЭлектромаш и объединении «Электросила» была разработана также концепция конструкции НТСП турбогенератора большой мощности (порядка 1200 МВт) /4/. Совместно МАИ и АКБ «Якорь» разработан, изготовлен и испытан бортовой сверхпроводниковый синхронный генератор мощностью 700 кВт /36/.

Важно отметить, что прогресс в создании высокотемпературных СП материалов позволил создать первые в мире серии принципиально новых типов ВТСП электрических машин /42/. Теоретически и экспериментально показано, что по сравнению с обычными электрическими машинами СП электрические машины имеют более высокие (в 2-5 раз) значения выходной мощности, высокие значения коэффициента полезного действия и коэффициента мощности при более простой системе криостатирования, чем в традиционных разработках /40/.

Интерес к исследованиям ВТСП электромеханических преобразователей основан, с одной стороны, на теоретических оценках их предельных характеристик, а с другой — на прогрессе в развитии технологии изготовления ВТСП материалов с высокими критическими параметрами. Важно отметить, что ВТСП электрические машины на основе объемных ВТСП элементов способны работать при температурах жидкого азота, что позволяет существенно упростить и удешевить криооборудование. В связи с этим в ведущих отечественных и зарубежных центрах (США, Япония, Германия и др.) заметно возрос объём работ по созданию и практическому применению ВТСП электрических машин нового поколения /4, 106, 107, 108/. В последние годы в МАИ в Российском Центре криогенных электрических машин накоплен большой опыт по моделированию процессов, расчёту, проектированию, изготовлению и экспериментальному ис-. следованию новых типов ВТСП электродвигателей с массивными ВТСП элементами /35-44/.

Следует отметить, что, несмотря на заметные успехи в исследовании ВТСП электрических машин, касающиеся расчётов и проектирования ВТСП двигателей, в литературе практически не рассматриваются ни рабочие процессы в электрических машинах на основе массивных ВТСП элементов, ни методы их расчёта и проектирования. В связи с этим данная работа посвящена разработке теоретических методов расчета электромагнитных и гистерезисных процессов в объемных ВТСП элементах, исследованию распределений магнитных полей и выходных характеристик ВТСП двигателей с объёмными ВТСП элементами в роторе, созданию методов их проектного и поверочного расчета с сопоставлением теоретических результатов с данными экспериментальных исследований.

Цели и задачи работы

Основная цель данной работы — разработка основ теории, методов и алгоритмов расчета и проектирования новых типов электрических машин на основе массивных высокотемпературных сверхпроводников.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

1. построение аналитических решений для расчета распределений магнитных полей и величин удельных гистерезисных потерь в массивных монодоменных и поликристаллических ВТСП элементах (пластинах, цилиндрах и сфероидах) в пульсирующих и вращающихся магнитных полях, калибровка теоретических моделей по данным экспериментальных исследований объемных ВТСП элементов;

2. построение моделей распределений магнитных и токовых полей в композитных слоистых ВТСП элементах, состоящих из тонких чередующихся ВТСП пластин (монодоменных и поликристаллических) и магнитомягких сталей в пульсирующих и вращающихся внешних магнитных полях;

3. получение аналитических решений комплекса двухмерных электродинамических задач для определения распределений магнитных полей и энергетических характеристик новых типов гистерезисных ВТСП двигателей различного конструктивного исполнения (цилиндрических и торцевых);

4. разработка "математических моделей расчета двухмерных магнитных полей и выходных параметров новых типов реактивных ВТСП двигателей с композитными слоистыми и массивными магнитомягкими роторами, учитывающие как структуру используемых поликристаллических и монодоменных ВТСП блоков, так и магнитные свойства электротехнических сталей, разработка численных методов поверочного расчёта параметров ВТСП электрических машин различной конфигурации;

5. сопоставление расчетных и экспериментальных данных, полученных на моделях гистерезисных и реактивных ВТСП электродвигателей мощностью от

0,1 кВт до 10 кВт, калибровка математических моделей.

Объекты исследований

Объектами исследований являются новые типы электрических машин гистерезисного и реактивного типов с массивными ВТСП элементами, обладающие высокой мощностью единичного агрегата, существенно меньшей (в 2-3 раза) удельной массой по сравнению с электрическими машинами традиционного исполнения, высокими значениями КПД и коэффициента мощности. Важно отметить, что исследуемые электрические машины с массивными ВТСП элементами являются в настоящее время единственным классом высокоэффективных электрических ВТСП машин способным работать при температурах жидкого азота (а не гелия или неона, как в других известных отечественных и зарубежных разработках). Кроме того, исследуемые ВТСП электродвигатели имеют более простую и дешевую систему криостатирования, чем в известных ранее проектах. Важно подчеркнуть, что исследуемые в работе электрические машины с массивными ВТСП элементами найдут применение в ряде областей науки и техники: при создании криогенных энергоустановок; в новых направлениях водородной энергетики; в перспективных разработках аэрокосмической техники; в качестве высокодинамических приводов испытательных стендов в автомобильной промышленности; в качестве приводов насосов в наземной криогенной технике; в системах высокоскоростного транспорта на магнитном подвесе и др.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались методы математической физики и теория поля для решения уравнений электродинамики и численные методы решения этих уравнений, прикладные методы расчета процессов в жестких сверхпроводниках второго рода, теория электромеханического преобразования энергии, теория электрических машин. Для решения систем уравнений использовалась вычислительная техника и пакеты прикладных программ: Borland Pascal 7.0, Borland Delphi 4.0, MathCAD 7.0 и Maple 5.3. Для решения задач методом конечных элементов использовались пакеты QuickField 4.1 и MS Excel из состава MS Office 97. Для проверки адекватности разработанных математических моделей и методик расчёта проведены экспериментальные исследования на образцах ВТСП электрических машин различного конструктивного исполнения.

Научная новизна

В диссертационной работе получены следующие новые результаты:

1. предложены новые типы гистерезисных и реактивных электрических машин на основе . объемных ВТСП элементов, обладающие в 2-5 раз лучшими удельными массогабаритными показателями;

2. построены феноменологические модели, описывающие электромагнитные и гистерезисные процессы в массивных монодоменных и пол и кристаллических ВТСП элементах электрических машин и слоистых композитах, состоящих из чередующихся пластин ВТСП и ферромагнитных материалов во внешних магнитных полях различной поляризации;

3. получены аналитические решения комплекса электродинамических задач, описывающие распределения двумерных магнитных полей в активной зоне гистерезисных и реактивных электрических машин с учётом магнитных характеристик объемных ВТСП и ферромагнитных материалов и геометрии активной зоны машины;

4. разработаны математические модели, алгоритмы и программы проектного и поверочного расчета энергетических параметров и выходных характеристик электромеханических ВТСП преобразователей различного конструктивного исполнения;

5. получены экспериментальные данные, подтверждающие основные положения теории.

Практическая ценность работы

Практическая направленность. Новые типы ВТСП электрических машин предназначены для применения в различных областях современной техники (таких как водородная энергетика, электроэнергетика, автономные и резервные источники питания, высокоскоростной транспорт, аэрокосмическая техника, энергетические установки для морских судов, металлургическая, горнодобывающая промышленность и пр.). Уже сейчас разработанные ВТСП двигатели внедрены в качестве высокоэффективных приводов крионасосов и приводов специальных электромашинных преобразователей. В частности, лично автором и при его непосредственном участии получены следующие результаты:

1. предложены новые конструктивные схемы электромеханических ВТСП преобразователей, позволяющие снизить в 2-5 раз массоэнергетические показатели по сравнению с преобразователями традиционного исполнения;

2. разработан комплекс расчетных алгоритмов, позволяющих проводить детальный расчет электромагнитных и гистерезисных процессов в токонесущих элементах на основе массивных ВТСП элементов;

3. разработан комплекс расчетных алгоритмов и программ, позволяющих проводить детальный расчет электродинамических процессов и определять выходные характеристики гистерезисных ВТСП электрических машин;

4. разработан комплекс расчетных методов, алгоритмов и программ, позволяющих проводить комплексный расчет электродинамических процессов и определять выходные параметры и массоэнергетические показатели реактивных ВТСП электрических машин различного конструктивного исполнения;

5. созданы опытные образцы ВТСП электрических машин мощностью от 1 до 10 кВт с высокими массоэнергетическими показателями.

Экономические эффекты. Внедрение новых высокоэффективных ВТСП электрических машин различных типов позволит приступить к созданию нового поколения электроэнергетического оборудования XXI века. По оценкам специалистов общий экономический эффект от их внедрения составит не менее 10 %.

Экологические аспекты. Применение ВТСП электрических машин повысит эффективность электротехнического оборудования и существенно снизит металлоемкость изделий. Указанные факторы позволят, в конечном счете, уменьшить влияние вредных промышленных отходов на окружающую среду.

Реализация результатов

Разработанные автором методики, алгоритмы и программы расчёта ВТСП электрических машин переданы промышленным предприятиям (ОАО АКБ

Якорь», НИИ ЭМ (г. Истра), ОАО «Аэроэлектромаш» и др.) и используются при проектных расчётах нового перспективного класса электромеханических преобразователей.

Результаты диссертационной работы внедрены в НИР по 5 темам научно-технических программ Минобразования РФ и ряда международных проектов в виде разработанных методик расчёта рабочих процессов, алгоритмов проектирования и программ расчёта новых модификаций электромеханических ВТСП преобразователей.

Материалы диссертации используются в курсах лекций по дисциплинам «Электромеханика», «Физико-технические основы работы электрооборудования», «Криогенные и сверхпроводниковые электроэнергетические устройства», при чтении курса лекций на международной школе по прикладной сверхпрово

Ф димости в Венгрии (Advanced Studies on Superconducting Engineering, Budapest,

Hungary), а также вошли в методические пособия по курсовому и дипломному проектированию, предназначенные для студентов электромеханических и энергетических специальностей.

Внедрение результатов подтверждается актами о практическом использовании результатов диссертационной работы.

Работа автора по разработке ВТСП электрических машин в составе авторского коллектива отмечень1 Премиями Совета РАН по проблемам сверхпроводимости в 1994 и 1995 гг., Дипломами Международной конференции по сверхпроводимости, Гавайи, США, 1995 г. и 1997 г., Золотыми медалями выставок по новейшим технологиям в Брюсселе (2000 г.) и Париже (2001 г.), в составе авторского коллектива премией Правительства РФ в области науки и техники за 20Ó2 г.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на более чем 30 российских и международных конференциях и симпозиумах, в том числе: на Европейских Конференциях по Прикладной Сверхпроводимости (EUCAS):

1999 г. в Испании, 2001 г. в Дании, 2003 г. в Италии; на Международных Конференциях по Криогенным Технологиям (ICEC): 1998 г. 1СЕС-17 в Великобритании, 2000 г. 1СЕС-18 в Индии, 2002 г. ICEC-19 во Франции; на Конференции по Прикладной Сверхпроводимости, проводимой в США в 1998 г. (ASC); на Конференциях по Криогенным Технологиям и Материалам, проводимым в США и Канаде (CEC-ICMC): 1999 г., 2001 г; на 13-ом Международном Симпозиуме по Сверхпроводимости в 2000 г. в Японии; на Конференции по Электрическим Машинам и Системам в 2001 г. в Китае; на Европейском Семинаре по Современным Проблемам Прикладной Сверхпроводимости в Венгрии в 1999 г.,

2000 г., 2004 г.; на Трехсторонних Российско-Германо-Украинском Семинарах по Прикладной Сверхпроводимости в 1995-2000 г.г; на Симпозиумах «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2010» в 1999 г., 2003 г. в России; на Всемирном Электротехническом Конгрессе 1999 г. в Москве; на 32-ом Всероссийском Совещании по Физике Низких Температур в 2000 г. в Казани.

Результаты работы также обсуждались и докладывались на международных и российских семинарах в МАИ, ВНИИ НМ, ИФТТ РАН (Черноголовка), ВЭИ, Институте Физики Высоких Технологий (1РНТ, г. Йена, Германия), Институте Физики Твердого Тела и Материаловедения (1Р\У, г. Дрезден, Германия), Оксфордовском Университете (Великобритания), на Всероссийских школах по прикладной сверхпроводимости, проводимых РНЦ КИ и на отраслевых семинарах в ведущих научных центрах и организациях, как в России, так и за рубежом.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемых источников и 2 приложений. Объём работы: 340 печатных страниц, включая 95 рисунков и И таблиц. Библиография содержит 166 наименований.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Ковалев, Константин Львович

ВЫВОДЫ ПО 4 ГЛАВЕ

1. На основе аналитических решений комплекса нелинейных двухмерных электродинамических задач разработаны математические модели расчета двухмерных магнитных полей и выходных параметров новых типов реактивных ВТСП двигателей с композитным слоистым и массивным магни-томягким ротором, учитывающие как структуру используемых поликристаллических и монодоменных ВТСП блоков, так и магнитные свойства электротехнических сталей.

2. На базе пакета прикладных программ «С)шс№е1с1» разработаны алгоритмы численного расчета двухмерных магнитных полей в активной зоне машины и методики уточненного поверочного расчета параметров реактивных ВТСП двигателей различного конструктивного исполнения, позволяющие в полной мере учитывать влияние структуры активной зоны линейной части экспериментальных двигателей (толщину зубцов, форму пазов, толщину спинки статора, конструктивные особенности выполнения ВТСП ротора и т.д.) на выходные характеристики экспериментальных ВТСП двигателей.

3. Проведенные расчёты серии реактивных ВТСП двигателей со слоистым композитным ротором показали, что рассматриваемый класс электрических машин обладает более высокими (в 2 - 4 раза) удельными энергетическими характеристиками по сравнению с электродвигателями традиционного исполнения при тех же режимах охлаждения в среде жидкого азота.

4. Расчётные исследования характеристик ВТСП реактивных двигателей с массивным магнитомягким ротором и ВТСП конечными элементами показали, что такие двигатели обладают хорошими пусковыми харакгеристиками, однако их выходные параметры в 1,5 раза ниже, чем параметры ВТСП двигателя с композитным слоистым ротором.

5. Разработана конструкция, изготовлены и испытаны реактивные ВТСП двигатели с охлаждением жидким азотом (Т=77К) мощностью 2-10 кВт с со слоистым композитным ВТСП ротором и с массивным магнитомягким ротором с объемными ВТСП блоками. В частности, эксперименты показали, что погружной трёхфазный реактивный электродвигатель с композитным ВТСП ротором при уровне мощности N~ 10 кВт и частоте напряжения сети 50 Гц имеет cos<p » 0.7 и удельную массу m = 1.41 кг/кВт.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что при заданных главных размерах машины наилучшие показатели (мощность, коэффициент мощности и эффективность) имеют реактивные ВТСП двигатели со слоистым композитным ротором. Так, например, при напряжении питания 250 В максимальная выходная мощность реактивного ВТСП электродвигателя (0xL = 62.5 х 83 мм) с композитным ротором составила ~5 кВт, а электродвигателя с массивным магнитомягким ротором и объёмными ВТСП элементами ~2.5 кВт.

7. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных показало, что результаты расчетов параметров реактивных ВТСП двигателей по разработанным математическим моделям совпадают с опытными данными, полученными в ходе испытаний экспериментальных образцов с точностью до 7-10%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Открытие в 1986 году явления высокотемпературной сверхпроводимости дало новый импульс в развитии теоретических и экспериментальных исследований электрических машин на основе новых НТСП И ВТСП материалов. В настоящее время в ведущих научных центрах эти исследования ведутся по следующим трем основным направлениям: электрические машины с СП обмотками постоянного тока, СП машины с СП обмотками переменного тока и интенсивно разрабатываемые в последние 10 лет новые типы СП машин с объемными ВТСП элементами. Несмотря на актуальность и практическую значимость, в литературе отсутствует системное изложение теоретических методов и математических моделей расчета электродинамических процессов и рабочих характеристик новых типов электрических машин с массивными ВТСП элементами, в требуемом объеме учитывающих как характер физических процессов в современных объемных ВТСП элементах электрических машин, так и структурные и конструктивные особенности активной зоны ВТСП двигателей. В этой связи в данной работе рассматривался комплекс математических моделей, основанный на полученных автором аналитических решениях сложных электродинамических задач с применением современных численных методов.

По работе могут быть сформулированы следующие основные результаты и сделаны выводы:

А. В части исследований электродинамических процессов в массивных и композитных слоистых ВТСП элементов электрических машин:

1. На основе феноменологических моделей критического состояния построены аналитические решения для расчета распределений магнитных полей- и величин удельных гистерезисных потерь в массивных и композитных слоистых ВТСП элементах роторов электрических машин (пластинах, цилиндрах и сфероидах) в пульсирующих и вращающихся магнитных полях. Показано, что распределение магнитных полей массивных ВТСП элементов существенно зависит от струюуры материала (монодоменной или поликристаллической) и величин внутригранульных и транспортных критических токов.

2. В монодоменных массивных ВТСП цилиндрах магнитные поля определяются структурой транспортных токов внутри зоны проникновения внешнего магнитного поля и носят сложный характер. При неполном проникновении поля в ВТСП элемент, представляющем наибольший практический интерес, зона проникновения имеет две подобласти: активную, где происходит движение магнитного потока и формируются электромагнитные моменты, и «реликтовую», где движение магнитного потока отсутствует, и электромагнитные моменты практически отсутствуют.

3. В поликристаллических массивных ВТСП цилиндрах, находящихся во внешних пульсирующих и вращающихся магнитных полях, усредненное магнитное поле внутри цилиндра близко к однородному, однако внутри каждого СП кристаллита происходят локальные электромагнитные процессы, сходные с процессами в монодоменном ВТСП элементе. Построенные в «среднесферическом» приближении феноменологические модели поликристаллических ВТСП позволяют проводить анализ влияния структурных особенностей СП кристаллитов (концентрации СП фазы, ориентации плоскости аЪ кристаллита относительно внешнего магнитного поля, наличия микротрещин и т.д.) на величину механического момента ВТСП цилиндра и сформулировать основные требования к массивным ВТСП элементам роторов гистерезисных ВТСП электродвигателей.

4. В композитных слоистых ВТСП цилиндрах, состоящих из тонких чередующихся пластин из монодоменной ВТСП керамики и магнитомягких сталей, механический момент не зависит от величины критических токов, если глубина проникновения в композитный цилиндр меньше радиуса цилиндра. В композитных слоистых цилиндрах с поликристаллическими ВТСП пластинами механический момент существенно зависит от критических токов, размеров и ориентации СП кристаллитов. Построенные аналитические модели электродинамических процессов в композитных слоистых цилиндрах позволяют сформулировать технические требования к структуре и параметрам пластинчатых ВТСП элементов роторов реактивных ВТСП двигателей.

5. На основе полученных решений электродинамических задач получены аналитические соотношения, позволяющие проводить оценки влияния определяющих параметров массивных и композитных слоистых ВТСП элементов на геометрические размеры и энергетические характеристики гистерезисных и реактивных электрических машин. На основе этих оценок предложены новые схемы гистерезисных и реактивных электрических машин с объемными и композитными слоистыми ВТСП элементами, защищенные патентами РФ.

Б. В части исследований электродинамических процессов и параметров гистерезисных ВТСП двигателей:

6. На основе аналитических решений комплекса нелинейных двухмерных электродинамических задач, учитывающих особенности физических процессов в массивных ВТСП элементах ротора машины с монодоменной (£,»1) и поликристаллической структурой (^«1), построены математические модели для определения распределений магнитных полей и энергетических характеристик новых типов гистерезисных ВТСП двигателей различного конструктивного исполнения (цилиндрических и торцевых).

7. Результаты численных исследований показали, что зависимость мощности гистерезисных ВТСП двигателей N от тока фазы двигателя 1ф в целом соответствует зависимости удельных гистерезисных потерь от величины приложенного внешнего поля. Так, в режиме неполного проникновения поля в ВТСП элементы ротора зависимость N от Ц носит кубический характер и линейный (УУ-Ту) - в случае полного проникновения. В асинхронном режиме работы гистерезисного ВТСП двигателя механический момент М не зависит от скольжения 5 при слабой зависимости критических токов в ВТСП элементе от температуры Т. При существенной зависимости ^ от Т зависимость М от 5 носит падающий характер.

8. При заданном напряжении питания и выбранной конструктивной схеме гис-терезисного ВТСП двигателя максимум мощности реализуется при плотностях критических токов Зр в ВТСП элементах ротора машины, соответствующий полному проникновению магнитного поля в ВТСП элемент. При меньших значениях критической плотности тока (/<1Р в ВТСП элементе) характер зависимости мощности N от тока фазы / близок к линейному (Л7-/, режим полного проникновения поля в ВТСП элемент). При плотностях критических токов больших с/р, что соответствует режиму неполного проникновения магнитного поля в ВТСП элемент, характер зависимости мощности N от тока фазы </ носит гиперболический характер (ЛМАУ).

9. На базе разработанных математических моделей были выполнены проектные расчеты экспериментальных гистерезисных ВТСП двигателей с цилиндрическими и многодисковыми роторами мощностью от 100 Вт до 1000 Вт. Сопоставление результатов численных расчетов энергетических характеристик гистерезисных ВТСП двигателей с опытными данными, полученными экспериментальным путем на серии образцов гистерезисных ВТСП двигателей мощностью от 100 Вт до 1 кВт показало, что при соответствующем выборе критических токов в ВТСП керамике, теоретические кривые согласуются с экспериментом в пределах 5-7%.

10. Анализ полученных теоретических и экспериментальных данных показал, что гистерезисные ВТСП двигатели с охлаждением активной зоны жидким

• азотом (77 К) обладают более высокими энергетическими характеристиками (в 3-4 раза) по сравнению с гистерезисными двигателями традиционного исполнения. При снижении температуры в активной зоне ВТСП двигателя до 65 К их удельные энергетические показатели возрастают в 1,5-2 раза по сравнению с показателями при уровне температур кипения жидкого азота (77 К) при нормальном давлении.

В. В части исследований электродинамических процессов и параметров реактивных ВТСП электродвигателей:

11. На основе аналитических решений комплекса нелинейных двухмерных электродинамических задач разработаны математические модели расчета двухмерных магнитных полей, выходных параметров и проектных расчетов новых типов реактивных ВТСП двигателей с композитным слоистым и массивным магнитомягким ротором с ВТСП вставками, учитывающие как структуру используемых поликристаллических и монодоменных ВТСП блоков, так и магнитные свойства электротехнических сталей.

12. На базе пакета прикладных программ «С^шсШеМ» разработаны алгоритмы численного расчета двухмерных магнитных полей в активной зоне машины и методики уточненного поверочного расчета параметров реактивных ВТСП двигателей различного конструктивного исполнения, позволяющие в полной мере учитывать влияние структуры активной зоны линейной части экспериментальных двигателей (толщину зубцов, форму пазов, толщину спинки статора, конструктивные особенности выполнения ВТСП ротора и т.д.) на выходные характеристики экспериментальных ВТСП двигателей.

13. Проведенные расчёты и опытные данные серии реактивных ВТСП двигателей со слоистым композитным ротором показали, что рассматриваемый класс электрических машин обладает более высокими (в 2-3 раза) удельными энергетическими характеристиками по сравнению с электродвигателями традиционного исполнения при тех же режимах охлаждения в среде жидкого азота.

14. Расчётные исследования характеристик ВТСП реактивных двигателей с массивным магнитомягким ротором и ВТСП вставками показали, что такие двигатели обладают хорошими пусковыми характеристиками, однако их выходные параметры в 1.5-2 раза ниже, чем параметры ВТСП двигателя с композитным слоистым ротором. Так, например, при напряжении питания 250 В максимальная выходная мощность реактивного ВТСП электродвигателя (0хЬ = 62.5 х 83 мм) с композитным ротором составила ~5 кВт, а электродвигателя с массивным магнитомягким ротором и объёмными ВТСП элементами ~2.5 кВт.

15. На основе разработанных математических моделей были выполнены расчеты серии экспериментальных реактивных ВТСП электродвигателей с охлаждением жидким азотом (Т=77К) мощностью 2-10 кВт с со слоистым композитным ВТСП ротором и с массивным магнитомягким ротором с объемными ВТСП блоками. В частности, проведенные эксперименты и расчетные исследования показали, что погружной трёхфазный реактивный электродвигатель с композитным ВТСП ротором при уровне мощности Л/"« 10 кВт и частоте напряжения сети 50 Гц имеет со5^>«0.7 и удельную массу ш= 1.41 кг/кВт. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных показало, что результаты расчетов параметров реактивных ВТСП двигателей по разработанным математическим моделям совпадают с опытными данными, полученными в ходе испытаний экспериментальных образцов с точностью до 5-7%.

Г. В части общей характеристики электрических машин с массивными ВТСП элементами:

16. Предложены новые типы гистерезисных и реактивных электродвигателей с массивными ВТСП элементами на роторе. Показано, что предложенные двигатели могут успешно работать при их охлаждении жидким азотом (а не гелием или неоном, как для других классов ВТСП электрических машин), что существенно упрощает конструкцию и систему криостатирования данных»1 типов ВТСП электрических машин.

17. Как показали результаты теоретических и экспериментальных исследований, новые типы гистерезисных и реактивных ВТСП электродвигателей при температуре жидкого азота (77 К) обладают существенно лучшими (в 3-4 раза) массоэнергетическими показателями по сравнению с гистерезисными и реактивными двигателями традиционного исполнения.

18. Системный анализ полученных результатов показал, что новое поколение электрических машин с массивными ВТСП элементами найдет широкое применение в перспективных технических разработках XXI века (в аэрокосмической технике, в силовых установках морских судов, в системах высокоскоростного наземного транспорта, в программах развития водородной энергетики и в промышленности и др.).

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Ковалев, Константин Львович, 2005 год

1. Абрамкин Ю.В., Иванов-Смоленский A.B. Применение метода конформных преобразований для исследования плоских магнитостатических полей в областях с рпаспределенными источниками // Электромеханика. 1980, №11.-С. 20.

2. Акимов И.И., Воробьева А.Е., Панцырный В.И., Шиков А.К. Сверхпроводящие материалы на основе ВТСП: технология, свойства, перспективы применения // Сверхпроводимость: исследования и разработки. Межд. ж. — 2002. №11.-С. 25.

3. Алиевский Б.Л., Шерстюк А.Г., Октябрьский A.M. и др. Сверхпроводниковая униполярная машина мощностью 480 кВт с высокоскоростным жидко-металлическим токосъёмом // Сверхпроводимость: исследования и разработки. Межд. ж. 1994. №3. - С. 4.

4. Альтов В.А., Глебов И.А., Черноплеков H.A. Сверхпроводниковые технологии новый этап в развитии электротехники и электроэнергетики // Сверхпроводимость: исследования и разработки. Межд. ж. - 2002. №11. — С. 5.

5. Альтов В.А., Зенкевич В.Б., Кремлев М.Г., Сычев В.В. Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 310с.

6. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высшая школа, 1982.

7. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. М.: Энергия, 1970. - 375с.

8. Блум ЭЛ., Майоров М.М., Цеберс А.О. Магнитные жидкости. — Рига: Зи-натне, 1989. 386с.

9. Брехна Г. Сверхпроводящие магнитные системы. — М.: Мир, 1976. 704с.

10. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины- М.: Высшая школа, 1987. Т. 1-2.

11. Буккель В. Сверхпроводимость. М.: Мир, 1975. - 366с.

12. Бут Д.А. Основы электромеханики. М.: МАИ, 1996.

13. Бухгольц В. Расчет электромагнитных полей. М.: Мир, 1970.

14. Ван Дайк М. Методы возмущений. М.: Изд-во Мир, 1968 (310 стр.)

15. Волошин И.Ф., Калинов A.B., Фишер JI.M., Ямпольский В.А. К электродинамике жестких сверхпроводников в скрещенных магнитных полях // ЖТЭФ- 1997. №111.-С. 1071 1084.

16. Волошин И.Ф., Калинов A.B., Фишер Л.М., Ямпольский В.А. Электродинамические особенности анизотропных жестких сверхпроводников // ЖТЭФ-2001. №120.-С. 1273- 1281.

17. Вольдек А.И. Электрические машины. — Л.: Энергия, 1978. 830с.

18. Высоцкий B.C. Стабильность и переход в нормальное состояние сверхпроводящих устройств. Докторская диссертация, 2004.

19. Глебов И.А., Лаверик Ч., Шахтарин В.Н. Электрофизические проблемы использования сверхпроводимости. — Л.: Наука, 1980. 250с.

20. Глебов И.А., Я.Б.Данилевич, В.Н.Шахтарин. Турбогенераторы с использованием сверхпроводимости.- Л.: Наука, 1981. 230 с.

21. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968. -486с.

22. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.: Высшая Школа, 1984

23. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.: Изд-во АН СССР, 1948. - 726с.

24. Гуревич A.B., Минц Р.Г., Рахманов А.Л. Физика композитных сверхпроводников. М.: Наука, 1987. - 240с.

25. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поляв электрических машинах. -JL: Энергоатомиздат, 1983. 254с.

26. Жуков A.A. Критическая плотность тока. / В кн.: Сверхпроводниковые материалы. — М.: Наука, 1991.

27. Зенкевич В.Б., Сычев В.В. Магнитные системы на сверхпроводниках. М.: Наука, 1977. - 258с.

28. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. М.: Энергия, 1980.

29. Казовский Е.Я., Карцев В.П., Шахтарин В.Н. Сверхпроводящие магнитные системы. — JT.: Наука, 1967. 323с.

30. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. -М.: Наука, 1973. 576с.

31. Карслоу, Эгер. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1970. -596с.

32. Ковалев K.JI. Электрические машины на основе высокотемпературных сверхпроводников. Состояние разработок и перспективы развития // Наука производству. 2000. № 10.

33. Ковалев K.JL, Гавалек В., Пенкин В.Т., Модестов К.А. Синхронные ВТСП электродвигатели с композитными YBCO роторами: Тез. докл. 32 Всероссийского совещания по физике низких температур, Казань, 3 — 6 октября 2000г.

34. Ковалев К.Л., Пенкин В.Т. Гистерезисные машины с керамическим ротором /В кн.: Электромагнитные и электромеханические устройства генерирования и преобразования энергии. М.: МАИ, 1992.

35. Ковалев К.Л., Пенкин В.Т. Применение объемных высокотемпературных сверхпроводников в электромеханических преобразователях. // Сверхпроводимость: исследования и разработки, Межд. ж. — 1995. №№5,6.

36. Ковалев K.JI. Новые типы сверхпроводниковых электрических машин. И Сверхпроводимость: исследования и разработки, Межд. ж. — 2002. №11. -С. 22-34.

37. Ковалев K.J1. Реактивные электрические машины с объемными ВТСП элементами на роторе // Электричество. 2002. № 5.

38. Ковалев К.Л., Илюшин К.В., Пенкин В.Т. Гистерезисные электрические машины с ротором из высокотемпературных сверхпроводников // Электричество. 1994. № 6.

39. Ковалев К.Л., Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Гавалек В. Конструкции ВТСП двигателей. Состояние разработок и перспективы развития // Сверхпроводимость: исследования и разработки, Межд. ж. 1998. №9-10. — С. 69-77.

40. Ковалев К.Л., Конеев С.М-А., Илюшин К.В. Реактивные высокотемпературные сверхпроводниковые электродвигатели // Электричество. — 2003. №9.

41. Ковалев К.Л., Пенкин В.Т., Ковалев Л.К., Гавалек В. Многодисковый гис-терезисный ВТСП двигатель // Электричество. 1998. № 9-10.

42. Ковалев К.Л., Семенихин B.C., Илюшин К.В., Ковалев Л.К. Сверхпроводниковая пластина в однородном магнитном поле // Электрическво. 2003. №5.

43. Кононенко Е.В. Синхронные реактивные машины. М.: Энергия, 1970.

44. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Логос, 2000. - 606с.

45. Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин / Под ред. Копылова И.П. М.: Энергоатомиздат, 1993.-Т. 1-2.

46. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1968. - 718с.

47. Коськин Ю.П., Цейтлин Л.А. Синхронные "машины с немагнитным ротором.-Л.: Энергоатомиздат, 1990.

48. Коул Дж. Методы возмущений в прикладной математике. М.: Мир, 1978. - 274с.

49. Криогенные электрические машины / Под ред. Шереметьевского H.H. М.: Энергоатомиздат, 1990.

50. Кузнецов В.А. Моделирование магнитных полей и процессов в электромеханических преобразователях. Труды МЭИ. 1993. Вып. 665.

51. Курант Р. Уравнения с частными производными. М.: Мир, 1964. - 830с.

52. Курант Р., Гильберт Д. Методы математической физики- М.: Техтерлит, 1951.-Т. 2.-541с.

53. Лаврентьев В.П., Методы теории функций комплексной переменной. М.: Высшая школа, 1975.

54. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физ-МатЛит, 2001.-620с.

55. Левич В.Г. Курс теоретической физики. — М.: Наука, 1969. — Т. 1-2.

56. Лопухина Е.М., Сомихина Г.С. Расчет асинхронных электродвигателей однофазного и трехфазного тока. Л.: Госэнергоиздат, 1961.

57. Лутитзе Ш.И., Джафаров Э.А. Сверхпроводящие трансформаторы. М.: Научтехлит, 2002.

58. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука, 1964. - 754с.

59. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов; ЕЬСиТ 4.2. Производственный кооператив ТОР, Санкт-Петербург, http://www.tor.ru/ еки^ёето/МапиаКрс^

60. Найфе А. Введение в методы возмущений. М.: Мир, 1984. - 534с.

61. Патент РФ № 2180156. Сверхпроводниковая синхронная машина / Ковалев К.Л.,-Илюшин К.В., В.Н. Полтавец и др. Опубл. в БИ. - 2002. №6.

62. Роуз-Инс А., Родерик Е. Введение в физику сверхпроводимости. — М.: Мир, 1972.

63. Самарский А.А. Введение в теорию разности схем. М.: Наука, 1971. -550с.

64. Самарский В.Г. Уравнения математической физики. М.: Высшая школа, 1980.

65. Сверхпроводимость: мифы и реальность. Отд. выпуск // Наука производству. - 2000. - № 10.

66. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы / Под ред. Алиевского Б.Л. М.: Изд-во МАИ, 1993. - 340 с.

67. Сверхпроводящие машины и устройства / Под ред. С. Фонера и Б. Шварца.- М.: Мир, 1977.-760с.

68. Смирнов В.И. Курс высшей математики. М.: Физ-мат. лит., 1970. - Т. 1-2.

69. Соболев СЛ. Уравнения математической физики. — М.: Наука, 1970. 434с.

70. Специальные электрические машины (в 2-х кн.). / Под ред. Алиевского Б.Л. М.: Энергоатомиздат, 1993.

71. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1966. - 622с.

72. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1970. - 724с.

73. Уайт Д., Вудсон Г. Электрическое преобразование энергии. М.: Энергия, 1964.-526с.

74. Уилсон М. Сверхпроводящие магниты. М.: Мир, 1985. - 387с.

75. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников. /Под ред. Гинзберга Д.М. М.: Мир, 1990. - 543с.

76. Черноплеков Н.А., Волков Э.П. и др. Сверхпроводимость и перспективные виды электротехнического оборудования передачи и распределения энергии. Труды VI Симпозиума «Электротехника 2010». 2001. Т 7.

77. Чубраева Л.И. Генераторы нетрадиционного исполнения. Л.: Наука, 1991.- 243с.

78. Шимони К. Теоретическая электротехника. М.:-Мир, 1964. - 760с.

79. Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. М.: МЦННО, 2000.

80. Aized D., B.B.Gamble, A.Sidi-Yekhlef, J.P.Voccio etc. Status of the 1000 hp HTS Motor Development // IEEE Trans, on Appl. Superconductivity. 1999. -Vol.9, No.2. - P. 1197-1200.

81. Berezhansky V., Chubraeva L. Slotless synchronous generators: test results and possible applications // Stockholm Power Tech. Sweden, 18-22 June 1995. Paper SPT EM-02-020192. -P. 45-50.

82. Blaugher R.D. Superconducting Electric Power Applications // Advances in Cryogenic Engineering. 1996. - Vol. 42.

83. Bleaney B.I., Bleaney B. Electricity and Magnetism / Oxford Science Publications. 1993. - V. I-II.

84. Bout D., Kovalev K., Koulikov N. Special Electrical Machines Perspectives // Proceedings of V Intern. Conf. on Unconventional and Electrical Systems, 5-8 September 2001, Poland.

85. Brandt E.H. The flux-line lattice in superconductors / Max Plank Institute. D-70506, Stuttgart. 1995.

86. Charles P. Pools, Horacio A. Farach, Richard J. Creswick. Superconductivity / Academy Press. 1995. - 620p.

87. Chubraeva L. Possible applications of superconducting electrical machines // Superlattices and Microstructures. 1997. - No 18. - P. 1282-1288.

88. Chubraeva L.I. Investigation of Superconducting Turbogenerator Operation in the Network // ICEC 16/ ICMC '96.

89. Crapo A., Lloud J. Homopolar DC motor and Trapped Flux DC Motor Using High Temperature Superconducting Materials // IEEE Trans. Magn. 1991.-Vol. 27. - No 2.

90. Fisher L.M., A.V.Kalinov, S.E.Savel'ev, I.F.Voloshin, P.Haldar, U.Balachandran. Losses in Bi-2223/Ag Tapes and in the 1 kA AC Transmission Line Model // Supercond. Sci.Technol. 1999, No 12. - P.24-35.

91. Freyhardt H. Coated conductors // EUCAS-2001, 26-30 August 2001, Copenhagen.

92. Gamble B., Snitchler G., Schwall R. Prospects for HTS Applications // American Super conductor Corporation, Westborough, MA, USA.

93. Gawalek W., Habisreuter T., Gornet P., Kovalev L. Characterisation on Melt Textured YBCO for Cryomagnetic Applications // 8th German-Russian

94. Ukrainian Seminaron HTS. Lviv, Ukraine, September 1995.

95. Gawalek W., Habisreuter T., Strasser T., Wu M., Kovalev L. Bulk Melt Textured YBCO for Cryogenic Electromotor // Proc. of IX Trilateral German-Russian-Ukrainian HTS Seminar. Germany, 22 25 Sept. 1996.

96. Gladun A., P.Stoya, P.Verges, W.Gawalek, T.Habisreuther, P.Gornert. A Motor with Super conducting Magnetic Bearings // Europen Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'93), Oct.4-8, 1993, Gottingen, Germany.

97. Glebov I.A., Chubraeva L.I. Superconducting Turbogenerators as a New Generation of High-Rated Electrical Machines // ICEC/ICMC, 1995.

98. Goldacker W, Qnilitz M., Obst B., Eckelmann H. Novel resistive interfilamentary carbonate barriers in multifilamentary low AC loss Bi(2223)-tapes // IEEE Trans, on Appl. Superconductivity. 1998. - Vol. 9. - No 2. - P. 2155-2158.

99. Gornert P. Crystal Growth and Crystalline Layers of High Temperature Superconductors. Characterization and Application // Cryst. Res. Technol. — 1997.-Vol.32.-No 1.-P.7-33.

100. Habisreuther T., Litzkendorf D., Strasser T., Wu M., Zeisberger M., Gawalek W. Melt-Textured YBCO for 10 kW Electromotors at 77 K // Proceedings of Applied Superconductivity Conference, 13-18 September 1998, Palm Desert California, USA.

101. Heine K., Tenbrink J., Thoner M. // Appl. Phys. Let. 1989. - Vol. 44. -P. 2441.

102. Hughes A., Miller T. Analysis of fields and inductances in air-cored Synchronous machines // Proc. Inst. Elec. Eng. 1997. -No 2. - P. 124.

103. Hull J.R. Applications of Bulk High-Temperature Superconductors // The 1995 International Workshop on Superconductivity Co-sponsored by ISTEC ' and MRS.

104. Hull J.R. Applications of high-temperature superconductors in power technology // Rep. Prog. Phys. 2004.

105. Itoh Y., Yanaci Y., Yoshikawa M., Oka T., Harada S., Sakakibara I., Yamada Y., Mizutani U. High-Temperature Superconducting Motor Using Y-Ba-Cu-O Bulk

106. Magnets//Jpn. Appl. Phys. 1995. - No 10. Part 1. - Vol. 34. -P. 5574-5578.

107. Kovalev K. Development of advanced HTS motors // Proc. of "VI Summer School on HTS power application". Eger, Hungary, July, 2000.

108. Kovalev K. et al. Electrical Machines With Bulk HTS Elements. The Achieved Results and Future Development // Proc. of the 13th International Symposium on Superconductivity. October 14-16, 2000, Tokyo, Japan.

109. Kovalev K. et al. Hysteresis Electrical Motors with Bulk Melt-textured YBCO // Mater. Sci. Engng. 1998. - Vol. B-53. - P. 216-219.

110. Kovalev K. New Types of Superconducting Electrical Machines and Devices. 7th International Workshop "MSU-HTSC VII". Moscow, Russia. June 2004.

111. Kovalev K. et al. Hysteresis machines test results // VIII Trilateral German-Russian-Ukrainian Seminar on High Temperature Superconductivity. Lviv, Ukraine, September 6-9, 1995.

112. Kovalev K., Gawalek W. State of Art in HTS Electrical Machinery // 3rd Intern. Workshop on Processing and Applications of Superconductivity (Re) BCO Large Grain Materials, 11-13 July, 2001, Seattle, USA.

113. Kovalev K., Ilushin K., Koneev S., Kovalev L., Gawalek W., Habisreuther T.

114. Theoretical and Experimental Study of Magnetization and Hysteresis Processes in Single Grain YBCO Sphere and Bulk YBCO Ceramics // The Third European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'97). The Netherlands 30 June-03 July, 1997.

115. Kovalev K. Hysteresis and Reluctance Electric Machines with Bulk HTS Rotor Elements // IEEE Trans, on Appl. Superconductivity. 1999. - Vol. 9. - No 2. -P. 1261-1264.

116. Kovalev K., Ilushin K., Koneev S., Poltavets V., Gawalek W. and Oswald B. HTS Electric Motors with Compound HTS-Ferromagnetic Rotor // Proceedings of ICEC-17, 13-17 July, 1998, Bournemouth, UK.

117. Kovalev K., Ilushin K., Kovalev L. HTS Motors Design, Recent Results and Future Development // Superconductivity: Research and Development. 1998. -No 9, 10. - P. 69-77.

118. Kovalev K. Hysteresis Electrical Machines with High Temperature Superconducting Rotors // Electr. Technol.- 1994. Vol. 2, P. 145-170.

119. Kovalev K., Sukhov V. Hysteresis and Reluctance Electric Machines with the Bulk HTS Rotor Elements. Recent Results and Future Development // Proceedings of Applied Superconductivity Conference, 13-18 September 1998, Palm Desert California, USA.

120. Kovalev K., Ilushin K., Larionoff A., Gawalek W. Electrical Hysteresis Motors and Generators with Bulk MELT Textured YBCO // Europien Conference on AppliedSuper-conductivity (EUCAS-95), Edinburgh, Scotland, 1995.

121. Kovalev K., Ilushin K., Penkin V., Kovalev L. The Present Day State of the HTS Hysteresis Machines Research // Proceeding of the Third MAI/BUAA International Symposium on Automatic Control, Beijing, China, 1995.

122. Kovalev K., Ilushin K., Penkin V., Kovalev L., Oswald B. Electrical Machineswith Bulk HTS Elements // MSU-HTSC-VI, 24-30 June 2001, St.-Petersburg.

123. Kovalev K., Ilushin K., Poltavets V., Koneev S. Superconducting Machines and Devices on the Base of Bulk HTS. Advanced Studies on Superconducting Engineering. Proceedings of ASSE-2004. Budapest, Hungary 2004. P. 274-308.

124. Kovalev K., Ilushin K., Poltavets V., Kovalev L.,Gawalek W. 500 W Hysteresis Electrical Machines With Bulk YBCO HTS Rotor // 9th German-Russian-Ukrainian Seminar on HTS. Germany, September 1996.

125. Kovalev K., Koneev S. High Output Power Reluctance Electric Motors with Bulk HTS Elements // ICEM-2001, Electrical Machines and System, 18-20 August 2001, Shenyang, China.

126. Kovalev K., Koneev S., Kovalev L. Theoretical and Experimental Study of Magnetization and Hysteresis Processes in Single Grain YBCO Sphere and Bulk Melt YBCO Ceramics // Proceeding of IX Trilateral German-Russian-Ukrainian HTS Seminar, Germany, 1996.

127. Kovalev K., Koneev S., Modestov K., Larionoff S., Habisreuther T., Strasser T. New types of electric machines on the basis of the bulk HTS elements. Recent results and future development // Proc. of M2S-HTSC-VI, 20-25 February, Houston, USA.

128. Kovalev K., Gawalek W., Koneev S. Theoretical and Experimental Study of Magnetization and Hysteresis Processes in single grain YBCO sphere and bulk melt textured YBCO ceramics // 9th German-Russian-Ukrainian Seminar on HTS. Germany, September 1996.

129. Kovalev K., Poltavetz V., Gawalek W. Radial HTSC Bearing and Levitated Systems with Flat Alternative Magnetic Inductors // Proceeding of IX Trilateral German-Russian-Ukrainian HTS Seminar, Germany, 1996."

130. Kovalev K., Semenikhin V., Penkin V.T. Series of Hysteresis Motors with the Rotors Containing the Bulk HTS elements // Proceedings of European Ceramic Society Fourth Conference (RICCIONE), Riccione, Italy, 1995.

131. Kovalev K., Oswald B., Krone M., Soil M., Strasser T., Oswald J., Best K.-J., Gawalek W. Superconducting Reluctance Motors with YBCO Bulk Materials //

132. EE Transactions on Applied Superconductivity, June 1999. Vol. 9. - No 2. -Part 1. -P. 1201-1204.

133. Kovalev K., Gawalek W. The bulk high temperature superconductors Implication for Electric machines // Superconductivity: reseach and development. 1995. - No 5, 6. - P. 17-20.

134. Kovalev K., Akimov I., Fisher L., Gawalek W., Oswald B. HTS electrical machines with Bi-Ag composed plate-shaped rotor elements // 7 Statusseminar "Supraleitung und Tieftemperaturtechnik", Germany, Garaisch-Pattera-Kirchen, December 2000.

135. Kovalev K., Penkin V., Oswald B. Hysteresis and Reluctance Electric Machines with Bulk HTS Elements. Recent Results and Future Development // Proc. of EUCAS'99, 14-17 September 1999, Sitges, Spain.

136. Kovalev K. HTS Motor Design. Present State and Future Development // 2nd Workshop Power Application of Superconductivity. Barcelona, FECSA Center, November 6-8, 1997.

137. Kovalev L, Penkin V. The Superconducting Generator Cryoshield // Superconductivity: Research and Development. -1995. No 5,6. - P. 20-24.

138. Kruglov V., Cheraoplekov N. Long High-Current High Temperature Superconductors: Current State Structure and Properties // J. of Adv. Mat/2(1), 26-31, 1995.

139. Mayergowz I. Nonlinear Diffusion of Electromagnetic Fields / Academy Press. -1988.-412p.

140. McCulloch M.D., Dew-Hughes D. Brushless AC Machines with High Temperature Superconducting Rotors // Mater. Sci. Engng. 1998. - Vol. B-53, P. 211-215.

141. Murakami M. Flux Pinning and Processing of Large Grain RE-BaCuO //

142. Processing and Applications of Superconducting Large Grain Materials. Cambridge, 7-9 July 1997.

143. Murakami M. Recent development of bulk high temperature superconductors in Japan // 3rd Intern. Workshop on Processing and Application of Superconducting (Re)BCO Large Grain Materials, 11-13 July 2001, Seattle, USA.

144. Oraki N., Ohsaki H., Masada E.Torque Characteristics of a Motor Using High Temperature Bulk Superconductors in the Rotor // Proc. 10-th Int. Symp. Supercond., Gifn., Japan, Oct., 1997. P. 1289-1292.

145. Oswald B., Soli M., Gawalek W., Kovalev L., Gutt H.J., Fuchs W. Electric Motors with HTSC Bulk Materials // Proceedings of ICEC-17. 13-17 July, 1998. P. 547-550, Bournemouth, UK.

146. Pinol S., Pnig T., Martinez B., Obradors X. Melt Growth and Superconducting Properties of Textured Ag-YBa2Cu307 Conductors // JAP. 1998. - P. 1483.

147. Prigozhin L., Sokolovsky V. AC losses in type II superconductors induced by nonunifrom fluctuations of external magnetic field. Physica C.

148. Prikhna T., Gawalek W., Habisreuther T., Krabbes G. High pressure synthesis of MgB2 with and without additions. Physica C. 2002. 372-376. P. 1543-1545.

149. Shikov A., Akimov I. et al. HTS materials development: R & activity in ARSRIIM // Materials of Supraleitung und Tieftemperaturtechnik: Tagungsband zum 7. Statusseminar 14 und 15 Dezember 2000 in Garmisch- Partenkirchen. -P. 579.

150. Singh S.K.,.Scherbarth D.V, Ortoli E.S., Repp J.R., Christiansen O.R., Parker J.H., Carr J.W., Gamble B.B. Conceptual Design of a High Temperature Superconducting Generator // EEE Trans, on Appl. Superconductivity. 1999. -Vol.9.-No 2.-P. 1237-1240.

151. Tera Analysis QuickField™ Finite Element Analysis System Version 5.0 User's Guide; http://www.quickfield.com/demo/manual.pdf

152. Tixador P. Superconducting Motors // First Meeting of the Power SCENET Working Group. "HTS Rotating Machines", 21-22 July, 1999, Jena, Germany.

153. Tixador P., A.Tempe, P.Gautier-Picard, X.Chand, E. Beaugnon. Electrical Motor with Bulk Y-Ba-Cu-0 Pellets // IEEE Trans, on Appl. Superconductivity. -1997. -Vol.7.-No 2.

154. Tixador P., Daffix H., Simon F., Brunet Y. Superconducting Permanent Magnet Torque Motor// AES 97, All Electric Ship, Mars, 1997, Paris.

155. Tixador P., Tempe A., Chand X., Beangnon E. Electrical Motor with Bulk Y-Ba-Cu-0 Pellets// Applied Superconductivity Conference, Pittsburg, USA. 1996.

156. Tomita M., Nagashima K., Murakami M., Herai T. Resin-impregnated bulk YBCO current leads for MagLev / Physica C 357-360. 2001. -P. 832 - 836.

157. Ukuta H., Mase A., Yanagi Y., Yoshikama M., Itoh Y., Oka T. Melt-processed Sm-Ba-Cu-O Superconductors Trapping Strong Magnetic Field // Supercond. Sei. Technol. 1998. - No 11.-P. 1345-1347.

158. Von Duchting W. Ermitting der gunstigsten Lauferabmessungen bei DrehstromReluktanzmotoren ETZ-A Bd.84 (1963) H.10, Darmstadt

159. Yamaguchi K., Takachashi M., Shiobara R„ Tanigushi T., Tomeoku H., Sato M., Sato H., Chida Y., Ogihara M. et al. 70 MW Class Superconducting Generator Test // IEEE Trans, on Appl. Super conductivity. 1999. - Vol. 9. - No 2. - P. 1209-1212.

160. Von Duchting W. Ermitting der gunstigsten Lauferabmessungen bei DrehstromReluktanzmotoren ETZ-A Bd.84 (1963) H.10, Darmstadt.