DE60130467T2 - Schutz für die feldwicklung einer supraleitenden synchronmaschine - Google Patents

Schutz für die feldwicklung einer supraleitenden synchronmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE60130467T2
DE60130467T2 DE60130467T DE60130467T DE60130467T2 DE 60130467 T2 DE60130467 T2 DE 60130467T2 DE 60130467 T DE60130467 T DE 60130467T DE 60130467 T DE60130467 T DE 60130467T DE 60130467 T2 DE60130467 T2 DE 60130467T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
superconducting winding
superconducting
shunt circuit
winding
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60130467T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60130467D1 (de
Inventor
Swarn S. Shrewsbury KALSI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
American Superconductor Corp
Original Assignee
American Superconductor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by American Superconductor Corp filed Critical American Superconductor Corp
Publication of DE60130467D1 publication Critical patent/DE60130467D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60130467T2 publication Critical patent/DE60130467T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/876Electrical generator or motor structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen einschließlich Motoren und Generatoren.
  • In der US-Patentschrift 4,763,404 ist ein supraleitender Schwachstrom-Magnet mit Lösch-Schaden-Schutz beschrieben. Bei dem Magneten wird die Technik des Formens eines gedrehten Kabels aus einer Vielzahl von im Wesentlichen parallelen supraleitenden Drähten und anschließendes Wickeln dieses Kabels in Windungen angewandt, um einen gewünschten Magnetaufbau zu bilden.
  • In der Druckschrift WO 99/17312 A sind ein Netztransformator und ein Verfahren zum Adaptieren eines Hochspannungskabels beschrieben. Die Wicklungen werden mit einem Hochspannungskabel hergestellt, das einen elektrischen Leiter umfasst. Um den Leiter ist eine erste Halbleiterschicht angeordnet. Um die erste Halbleiterschicht ist eine erste Isolierschicht angeordnet und um die erste Isolierschicht ist eine weitere Halbleiterschicht angeordnet, die an verschiedenen Stellen jeder Wicklung direkt geerdet ist.
  • Im Betrieb wird Ankerwicklungen eines Motors Wechselstrom (AC) zugeleitet, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Das rotierende Feld wird benutzt, um ein Drehmoment zwischen dem Rotor und dem Stator zu erzeugen, das den Rotor veranlasst sich zu drehen. Bei Ausführungsformen, bei denen die Anker-(AC)-Wicklungen am Stator angeordnet sind, dreht sich das rotierende Feld im Raum und zieht den Rotor mit sich. Wenn das rotierende Feld durch eine Wechselstromquelle mit Festfrequenz erzeugt wird, dreht es sich mit einer konstanten Drehzahl (min–1).
  • Das rotierende Feld kann ein bewegliches Element, entweder einen Rotor oder einen Stator, auf verschiedene Weise ziehen oder „schleppen". Bei einer Vorgehensweise kann das geschleppte Element ein Permanentmagnet oder ein durch Gleichstrom (DC) gespeister Elektromagnet sein. Motoren werden in ihrem rotierenden Feld mit zwei Typen von Polen gewickelt, Nord und Süd. Der Permanentmagnet oder Elektromagnet und das rotierende Feld halten aufgrund des Statorstroms einander Nordpol zu Südpol fest und rotieren miteinander. Bei einer anderen Vorgehensweise ist das geschleppte Element eines Induktionsmotors eine Rotorwicklung, in welcher das vom Stator erzeugte rotierende Feld einen Strom induziert. Dieser Strom reagiert mit dem rotierenden Feld, um ein Drehmoment zu erzeugen. Zum Induzieren eines Stroms muss die Motorwicklung langsamer drehen als das rotierende Feld; die Drehzahldifferenz wird als „Schlupf" bezeichnet. Schlupf bedeutet das Unvermögen des Rotors, mit dem durch den Stator erzeugten sich bewegenden rotierenden Magnetfeld Schritt zu halten. Das geschleppte Element eines Wechselstromsynchronmotors ist dessen Rotor, der entweder einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten aufweist. Die Motordrehung ist synchron mit der Wechselstromnetzfrequenz, weil der Rotor am rotierenden Magnetfeld festgehalten ist, das wiederum synchron zur Netzfrequenz ist. Synchronmotoren mit zwei Polen arbeiten üblicherweise bei 3600 min–1 mit einem Netzstrom von 60 Hz. Langsamere Motoren haben vier Pole, einen Nordpol bei 0 Grad, einen Südpol bei 90 Grad, einen Nordpol bei 180 Grad, und einen Südpol bei 270 Grad. Solche Motoren laufen bei 1800 min–1 synchron mit einem Netzstrom von 60 Hz. Der Hauptunterschied zwischen einem Synchronmotor und einem Induktionsmotor besteht darin, dass der Rotor des Synchronmotors mit der gleichen Drehzahl dreht, wie das aufgrund der Statorströme rotierende Magnetfeld. Dies ist möglich, weil das Magnetfeld des Rotors durch Feldspulen oder Permanentmagneten erzeugt wird. Der Rotor weist entweder Permanentmagneten oder gleichstromerregte Ströme auf, die gezwungen werden, in einer bestimmten Stellung zu arretieren, wenn sie einem anderen Magnetfeld gegenübergestellt werden. Wenn der Motor bei einer synchronen Drehzahl arbeitet, sind deshalb kein Schlupf und keine Drehzahländerung als Funktion wechselnder Belastung vorhanden.
  • Jedoch kann bei einem Synchronmotor Schlupf in mindestens zwei Situationen auftreten. In einer Situation, wenn die Belastung des Motors zu hoch wird, kann der Rotor aus der Synchronisation fallen. In einer anderen Situation tritt Schlupf auf, wenn der Motor auf Synchrondrehzahl gebracht wird. Eine Vorgehensweise, dem Problem des Schlupfs beim Hochfahren zu begegnen, besteht darin, einen Antrieb mit verstellbarer Drehzahl (ASD = adjustable speed drive) zu verwenden, um die Drehzahl des Motors zu regeln, bis er die Synchrondrehzahl erreicht. Jedoch können in manchen Anwendungsfällen die Kosten des ASD die Kosten des eigentlichen Motors übersteigen. Deshalb kenn die Verwendung eines ASD aus Kostengründen untragbar sein.
  • Das Problem des „Schlupfs" ist besonders ein Problem, wenn die Wicklung oder Spule aus supraleitenden Werkstoffen gewickelt wird. Wenn ein Pol rutscht, kehrt sich der Fluss durch die supraleitende Spule um. Über einen sehr kurzen Zeitraum wird eine sehr hohe Spannung über der Spule induziert. Die meisten herkömmlichen Wicklungen mit einer kleineren Anzahl von Windungen können diesem steilen Spannungsanstieg über einen kurzen Zeitraum standhalten. Jedoch erfordern unter Verwendung supraleitenden Werkstoffs gewickelte Spulen eine große Anzahl von Windungen, weil der Betriebsstrom des zur Bildung der Spule verwendeten Drahts (oder Bands) relativ niedrig ist. In diesem Fall kann die hohe Spannung selbst über kurze Zeiträume für eine supraleitende Wicklung schädlich sein. Zum Beispiel kann die hohe Spannung die isolierenden Schichten beeinträchtigen, welche die supraleitenden Drahtspulen umgeben und eine Kurzschluss innerhalb der Spule verursachen.
  • In einem allgemeinen Aspekt der Erfindung weist eine supraleitende Wicklung ein Paar supraleitender Wicklungsabschnitte auf, die an einen Knoten elektrisch angeschlossen sind, und eine Nebenschlussschaltung, die zwischen den Knoten und einen elektrischen Masseanschluss geschaltet ist. Die Nebenschlussschaltung ermöglicht einem Strom zu fließen, wenn eine Spannung über der supraleitenden Wicklung eine vorher festgelegte Grenzspannung übersteigt.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren zum Schaffen einer supraleitenden Wicklung, elektrisches Anschließen eines Paares supraleitender Wicklungsabschnitte an einen Knoten und Schalten einer Nebenschlussschaltung zwischen den Knoten und einen elektrischen Masseanschluss, um zu ermöglichen, dass ein Strom fließt, wenn eine Spannung über der supraleitenden Wicklung eine vorher festgelegte Grenzspannung übersteigt.
  • In noch einem anderen Aspekt der Erfindung enthält ein Rotoraufbau ein Halteelement und die zuvor beschriebene supraleitende Wicklung.
  • Ausführungsformen dieser Aspekte der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten.
  • Die Nebenschlussschaltung enthält eine Schalteinrichtung (wie zum Beispiel eine Zenerdiode, einen Varistor, Funkenstreckeneinrichtungen [spark gap devices]) mit einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung. Die Schalteinrichtung ist in der geschlossenen Stellung, um ein Fließen von Strom zu ermöglichen, wenn die Spannung über der supraleitenden Wicklung die vorher festgelegte Grenzspannung übersteigt. Die Nebenschlussschaltung enthält ein Widerstandselement, um durch die Nebenschlussschaltung fließende Energie zu verbrauchen, wobei die Nebenschlussschaltung kryogen gekühlt werden kann. Jeder supraleitende Wicklungsabschnitt enthält einen Hochtemperatursupraleiter und kann als Flachspule ausgebildet sein.
  • Neben anderen Vorteilen schützt die Nebenschlussschaltung die supraleitende Wicklung vor einem eventuellen Schaden durch Überspannung. Die Nebenschlussschaltung ermöglicht es, die Dicke der Spulenisolierung zu verringern, wodurch zusätzlicher Raum für den Supraleiter geschaffen wird. Die Nebenschlussschaltung sorgt auch für eine kostengünstigere, einfachere und hauptsächlich zuverlässige Schutzeinrichtung für die supraleitende Wicklung.
  • Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung und der folgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und der Zeichnung und aus den Patentansprüchen klar.
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine Schnittzeichnung eines Teiles eines Synchronmotors vom Ende her gesehen,
  • 2 eine isometrische Ansicht der supraleitenden Spule der 4 in Form einer Rennbahn, bei der ein Teil weggeschnitten ist,
  • 3 eine schematische Darstellung des Motors der 1, die das Verhältnis zwischen den Ankerwicklungen und den Polen darstellt,
  • 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Synchronmotors der 2,
  • 5 eine schematische Darstellung einer supraleitenden Spule und einer Schutzschaltung zur Verwendung bei dem Synchronmotor der 1,
  • 6 eine schematische Darstellung eines supraleitenden Spulenaufbaus mit Flachspulen und der Schutzschaltung, und
  • 7 eine schematische Darstellung einer lagenweise gewickelten supraleitenden Spule und der Schutzschaltung.
  • Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bauelemente.
  • Unter Bezugnahme auf 1 enthält ein supraleitender Synchronmotor 1 einen Rotoraufbau 5 mit einer vierpoligen Struktur, die von einem Kälteregler 12 und einer elektromagnetischen Abschirmung 14 umgeben ist, die beide durch eine Vakuumschicht 16 mit einem radialen Abstand von einem kalten Rotorabschnitt 10 des Rotoraufbaus 5 angeordnet sind. Eine Dreiphasenstatorwicklung 2 und eine mehrschichtige Flussabschirmung 4, die hier aus Eisen ausgebildet ist, umgeben ihrerseits die elektromagnetische Abschirmung 14. Bei anderen Ausführungsformen könnte die eiserne Flussabschirmung 4 durch eine feste metallische Abschirmung ersetzt werden, die aus einem unmagnetischen Werkstoff (z. B. Kupfer oder Aluminium) gefertigt ist. Die elektromagnetische Abschirmung 14 ist aus einem vorzugsweise unmagnetischen Werkstoff (z. B. Kupfer, Aluminium, Stahl usw.) hergestellt.
  • Der kalte Rotorabschnitt 10 enthält ein kaltes Halteelement 20, das aus einem hochfesten und duktilen Werkstoff (z. B. Aluminium) gefertigt ist. Das kalte Halteelement 20 ist als inneres zylindrisches Teil 20a dargestellt, das von einem äußeren zylindrischen Teil 20b mit einer Außenfläche 22 mit vier gestuften Profilen 24 umgeben ist. Jedes gestufte Profil 24 trägt eine von vier supraleitenden Wicklungsanordnungen 30, von denen hier nur eine dargestellt ist, wobei jede Wicklungsanordnung einem Pol des Motors zugeordnet ist. Insbesondere ist jede von einem ersten Paar einander diametral gegenüberliegender supraleitender Wicklungsanordnungen um eine erste Achse gewickelt. Jede von einem zweiten Paar einander diametral gegenüberliegender supraleitender Wicklungsanordnungen ist um eine zweite Achse 27 quer zur Achse 26 gewickelt. Die Wicklungsanordnungen sind elektrisch miteinander verbunden und entlang dem äußeren Umfang des Halteelements auf den gestuften Profilen gelagert, die entlang der Achsen 26, 27 ausgebildet sind. Wie genauer im Folgenden behandelt wird, enthält jede supraleitende Wicklungsanordnung 30 eine Nebenschlussschaltung (5) zum Schutz der Wicklung vor Hochspannungbelastung zum Beispiel während eines Polschlupfereignisses.
  • Bezugnehmend auf 2 enthält jede supraleitende Wicklungsanordnung 30 rennbahnförmige Doppelflachspulen 32, die innerhalb einer Spulenhalterung 34 angeordnet sind. Jede Doppelflachspule weist mitgewickelte Leiter auf, die parallel und einer über dem anderen gewickelt sind. Die Doppelflachspulen werden dann koaxial eine auf der Oberseite der anderen gestapelt. Bei dieser Ausführungsform besteht der Leiter aus einem supraleitenden Hochtemperatur-Kupferoxidkeramik-Werkstoff, wie Bi2Sr2Ca2Cu3Ox, der üblicherweise als BSCCO 2223 bezeichnet wird. Wie hier gezeigt ist, können eine oder mehrere der Doppelflachspulen eine Flachspule enthalten, die einen kleineren Durchmesser als ihre benachbarte Flachspule der Doppelflachspule aufweist. Die zwei Spulen eines Paares sind aus derselben fortlaufenden Länge eines supraleitenden Bandes gewickelt. In der US-Patentschrift 5,581,220 ist eine Methode zum Wickeln einer Spule in dieser Sache beschrieben.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung des Synchronmotors 1 mit einem kalten Rotorabschnitt 10a abgebildet, der von der Dreiphasenstatorwicklung 2 umgeben ist. Der kalte Rotorabschnitt 10a ist schematisch als vierpolige Schenkelpolmaschine dargestellt und der Kälteregler 12, die elektromagnetische Abschirmung 14 und die eiserne Flussabschirmung 4 sind aus dieser Figur entfernt, um die Verständlichkeit der Arbeitsweise der Maschine zu erleichtern. Die Anzahl der Pole in einer Maschine ist durch die Anordnung des auftretenden Magnetfeldstärkendiagramms bestimmt. Weil der Synchronmotor 1 eine vierpolige Struktur haben soll, enthält die Statorwicklung 2 vier Sätze von Dreiphasenwicklungen (A, B, C). Zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfelds benötigt jedes Polpaar (N & S) einen vollständigen Satz von Dreiphasenwicklungen. Eine zweipolige Maschine würde einen Satz von Dreiphasenwicklungen erfordern, wobei jede Phasenwicklung um 120 Grad von einer benachbarten Wicklung versetzt angeordnet ist. Das Drehmoment wird durch das Zusammenwirken der supraleitenden Spule mit dem Strom der Ankerwicklung erzeugt. Im Betrieb sind die Drehzahl der Pole und des rotierenden Magnetfelds beide generell fixiert (z. B. 1800 min–1 bei einer vierpoligen Maschine, die mit einem Netzanschluss von 60 Hz betrieben wird), wobei jeder Pol des kalten Rotorabschnitts mit dem magnetischen Fluss des Ankers geringfügig nicht fluchtet.
  • In 4 ist die geringfügige Verlagerung zwischen einem Rotorpol und dem magnetischem Fluss als Belastungswinkel (δ) zwischen dem Rotorfeld und dem Ankerfeld dargestellt. Der Belastungswinkel (δ) stellt eine Phasennacheilung zwischen einer Mittellinie 54 des Statorwicklungsfelds und einer Mittellinie 56 des Rotorpols dar. Im Wesentlichen zieht dieser Belastungswinkel den Rotoraufbau 5 relativ zur Statorwicklung 2.
  • Nun wird wieder auf 3 Bezug genommen. Wenn der Belastungswinkel 90 Grad überschreitet, wird die Kopplung zwischen dem Rotorpol und dem rotierenden Magnetfeld unterbrochen und der Rotorpol „rutscht" und ist nicht mehr mit dem Magnetfeld synchron. Wenn der Rotorpol rutscht, koppelt ein Pol mit einer bestimmten Polarität (z. B. Nord) an einen Pol mit entgegengesetzter Polarität (z. B. Süd) an und der magnetische Fluss durch die dem Pol zugeordnete supraleitende Wicklung 30 kehrt um. Die Umkehrung des Flusses verursacht eine hohe Spannung, die über der supraleitenden Wicklung 30 induziert wird. Im Allgemeinen ist die supraleitende Wicklung nicht dafür ausgelegt so hohen Spannungen zu begegnen, selbst wenn es nur über eine sehr kurze Zeit ist. Sobald die supraleitende Wicklung so hohen Spannungen ausgesetzt wird, kann dies das Auftreten eines Lichtbogens verursachen, welcher möglicherweise die Isolierschichten beschädigt, welche jede Windung der Wicklungen umgeben. Wenn die Isolierschichten beschädigt werden, kann die supraleitende Wicklung 30 elektrisch kurzgeschlossen werden, was die Wicklung schädigt. Ein Steigern der Dicke der die supraleitenden Wicklungen umgebenden elektrischen Isolierung nimmt wertvollen Raum ein, der anderenfalls durch den Leiter genutzt werden könnte und auch das Kühlen der Wicklungen schwieriger gestaltet.
  • Bezugnehmend auf 5 ist zur Vermeidung von Überspannung und möglicher Beschädigung der Isolierung der supraleitenden Wicklung jede supraleitende Wicklung in Wicklungsabschnitte 30a, 30b, 30c, ... 30n aufgeteilt. Jeder Wicklungsabschnitt ist mit einem benachbarten Wicklungsabschnitt an einem Knoten 61 verbunden. Jede supraleitende Wicklung 30 weist auch eine Nebenschlussschaltung 60 mit einer Zenerdiode 62 und einem Widerstand 64 auf, die zwischen einem zugehörigen Knoten 61 und einem elektrischen Masseanschluss 66 angeschlossen ist. Zur Aufrechterhaltung eines ausgewogenen Aufbaus sind die Typen und Werte der Zenerdioden und der Widerstände im Allgemeinen so ausgewählt, dass sie gleich sind.
  • In den Spulen 30a, 30b, 30c, 30d wird keine Spannung induziert, wenn der Synchronmotor 1 im Beharrungszustand arbeitet. Die Zenerdioden 62 leiten nicht und es ist kein mit den parallelen Wegen zum elektrischen Masseanschluss verbundener Verlust vorhanden. Während eines Polschlupfvorgangs jedoch, wenn die Spannung den Grenzwert (z. B. 1 KV) überschreitet, leitet die Zenerdiode 62, so dass Strom durch den Nebenschlussschaltungsweg zur Masse abgeleitet wird und die Spannung über der Wicklung auf der Grenzspannung hält („clamps"). Die Widerstände 64 sind typische Metallwiderstände mit Werten, die so gewählt sind, dass sie den durch den parallelen Weg fließenden Strom begrenzen und während des Überspannungszustands eine Höhe eines Stromflusses durch die Wicklungen aufrechterhalten. Zum Beispiel können während eines Überspannungsvorfalls Hochstrompegel so hoch wie beispielsweise 200A erzeugt werden. Bei diesem besonderen Beispiel kann der Wert des Widerstands 64 ausgewählt werden, um den Strom in der Spule auf ihren Bemessungswert zu begrenzen. Das Aufrechterhalten eines Pegels des Stroms durch die Wicklung innerhalb des Bemessungswerts der Spule während eines Übersparmungsvorfalls ermöglicht es, die Wicklung in ihrem normalen Beharrungszustandsbetrieb zu halten. Sobald der Motor die Synchrondrehzahl erreicht, nimmt die Spannung über der supraleitenden Wicklung auf Null ab, unterhalb des Zenergrenzwerts, so dass der Strom fast vollständig durch die Wicklung fließt.
  • Bezugnehmend auf die 1, 2 und 6 enthält die supraleitende Wicklungsanordnung 30 Doppelflachspulen 32 (z. B., siehe 2). Wie zuvor behandelt wurde, wird zur Bildung einer Flachspule (sowohl einer einfachen als auch einer Doppelflachspule) der Leiter über sich selbst von einem inneren Durchmesser zu einem äußeren Durchmesser oder umgekehrt gewickelt. Die einzelnen Flachspulen werden dann eine auf der anderen gestapelt und elektrisch angeschlossen (z. B. gelötet). Dies erfolgt im Allgemeinen an der Flachspulenverbindung 67 von einer Flachspule zur anderen am äußeren Umfang der Spulenanordnung. Bei dieser Ausführungsform sind die Nebenschlussverbindungen zwischen Nebenschlussschaltungen und den einzelnen Flachspulen über eine Lötverbindung an der Flachspulenverbindung 67 hergestellt.
  • Bezugnehmend auf 7 ist bei einer alternativen Ausführungsform eine supraleitende Wicklungsanordnung 80 lagenweise gewickelt. Im Gegensatz zu einer Flachspule wird eine lagenweise gewickelte Spule entlang der Achse der Spule in einer Richtung gewickelt und dann über der ersten Lage von Windungen in der entgegengesetzten Richtung zurückgewickelt. Bei dieser Ausführungsform werden Nebenschlussverbindungen 82 zwischen Nebenschlussschaltungen und den einzelnen Abschnitten 80a, 80b, 80c, ... der lagenweise gewickelten Spule durch die Isolierung hindurch in Seiten- oder Endbereichen der Spulenanordnung hergestellt.
  • Es ist eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden. Gleichwohl versteht es sich, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde eine Zenerdiode als Schalteinrichtung verwendet, um den Fluss des Stroms von der Wicklung zu steuern. Andere Schalteinrichtungen einschließlich Metalloxidvaristoren oder Funkenstreckeneinrichtungen sind auch ebenso verwendbar. Auch kann eine supraleitende Wicklung 30 abhängig von der besonderen Anwendung und Größe der rotierenden Maschine in eine relativ geringe oder große Anzahl von Abschnitten unterteilt sein. Zum Beispiel können die supraleitenden Wicklungen für eine 100 MW Zweipol-Synchronmaschine in nicht weniger als 150 Abschnitte unterteilt sein.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen sind die Zenerdioden und Widerstände kryogen gekühlt, wodurch die Notwendigkeit von Stromleitungen ausgeschaltet wird, von kalten in warme Bereiche des Motors überzugehen. Ferner weist bei der zuvor in Verbindung mit 1 behandelten Ausführungsform das kalte Halteelement die Form eines inneren zylindrischen Teils 20a und eines umgebenden äußeren zylindrischen Teils 20b auf. Jedoch kann das kalte Halteelement 20 in alternativen Ausführungsformen eine einzelne integrale Einheit sein.
  • Dementsprechend liegen andere Ausführungsformen innerhalb des Anwendungsbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims (16)

  1. Supraleitende Wicklung, die Folgendes aufweist: (a) ein Paar supraleitender Wicklungsabschnitte (30), die an einen Knoten (61) elektrisch angeschlossen sind, und (b) eine Nebenschlussschaltung (60), die zwischen den Knoten (61) und einen elektrischen Masseanschluss (66) geschaltet ist, wobei die Nebenschlussschaltung (60) so aufgebaut ist, dass einem Strom ermöglicht wird, zum elektrischen Masseanschluss (66) zu fließen, wenn eine Spannung über dem supraleitenden Wicklungsabschnitt (30) eine vorher festgelegte Grenzspannung übersteigt.
  2. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, wobei die Nebenschlussschaltung (60) eine Schalteinrichtung (62) mit einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung aufweist, und wobei die Schalteinrichtung (62) in der geschlossenen Stellung ein Fließen von Strom ermöglicht, wenn die Spannung über dem supraleitenden Wicklungsabschnitt (30) die vorher festgelegte Grenzspannung übersteigt.
  3. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 2, wobei die Schalteinrichtung (62) eine Zenerdiode enthält.
  4. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 2, wobei die Schalteinrichtung (62) einen Varistor enthält.
  5. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 2, wobei die Schalteinrichtung (62) eine Funkenstreckeneinrichtung enthält.
  6. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, wobei die Nebenschlussschaltung (60) ein Widerstandselement (64) aufweist, um durch die Nebenschlussschaltung (60) fließende Energie zu verbrauchen.
  7. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, wobei die Nebenschlussschaltung (60) kryogen gekühlt wird.
  8. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, wobei jeder supraleitende Wicklungsabschnitt (30) einen Hochtemperatursupraleiter enthält.
  9. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, wobei jeder supraleitende Wicklungsabschnitt (30) eine Flachspule (32) ist.
  10. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, wobei jeder supraleitende Wicklungsabschnitt (30) eine in Lagen gewickelte Spule ist.
  11. Supraleitende Wicklung nach Anspruch 1, worin ein Halteelement (20) vorgesehen ist.
  12. Verfahren zum Schaffen einer supraleitenden Wicklung, das Folgendes umfasst: elektrisches Anschließen eines Paares supraleitender Wicklungsabschnitte (30) an einen Knoten (61); Schalten einer Nebenschlussschaltung (60) zwischen den Knoten (61) und einen elektrischen Masseanschluss (66), um zu ermöglichen, dass ein Strom fließt, wenn eine Spannung über dem supraleitenden Wicklungsabschnitt (30) eine vorher festgelegte Grenzspannung übersteigt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner kryogenes Kühlen der Nebenschlussschaltung (60) umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Bilden jedes supraleitenden Wicklungsabschnitts (30) aus einem Hochtemperatursupraleiter umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Ausbilden jedes supraleitenden Wicklungsabschnitts (30) als Flachspule umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Ausbilden jedes supraleitenden Wicklungsabschnitts (30) als in Lagen gewickelte Spule umfasst.
DE60130467T 2000-08-04 2001-07-31 Schutz für die feldwicklung einer supraleitenden synchronmaschine Expired - Lifetime DE60130467T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/632,599 US6359365B1 (en) 2000-08-04 2000-08-04 Superconducting synchronous machine field winding protection
US632599 2000-08-04
PCT/US2001/041519 WO2002013360A1 (en) 2000-08-04 2001-07-31 Superconducting synchronous machine field winding protection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60130467D1 DE60130467D1 (de) 2007-10-25
DE60130467T2 true DE60130467T2 (de) 2008-01-17

Family

ID=24536174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60130467T Expired - Lifetime DE60130467T2 (de) 2000-08-04 2001-07-31 Schutz für die feldwicklung einer supraleitenden synchronmaschine

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6359365B1 (de)
EP (1) EP1305871B1 (de)
KR (1) KR100635171B1 (de)
AT (1) ATE373332T1 (de)
AU (1) AU2001283532A1 (de)
DE (1) DE60130467T2 (de)
WO (1) WO2002013360A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7211919B2 (en) 1999-08-16 2007-05-01 American Superconductor Corporation Thermally-conductive stator support structure
US7397152B2 (en) * 2004-03-16 2008-07-08 Ocean Power Technologies, Inc. Circuitry for increasing efficiency of a linear electric generator
US7336059B2 (en) * 2005-11-15 2008-02-26 General Electric Company System and method for charging and discharging a superconducting coil
US7619345B2 (en) 2006-01-30 2009-11-17 American Superconductor Corporation Stator coil assembly
US7791229B2 (en) * 2008-04-02 2010-09-07 Goodzeit Carl L Low heat leak, high torque power shaft for cryogenic machines
US8084909B2 (en) * 2009-04-09 2011-12-27 Goodzeit Carl L Dual armature motor/generator with flux linkage
US7843094B2 (en) * 2009-04-09 2010-11-30 Goodzeit Carl L Dual armature motor/generator with flux linkage between dual armatures and a superconducting field coil
US8436499B2 (en) 2011-04-27 2013-05-07 General Electric Company Electrical machine with superconducting armature coils and other components
DK178456B1 (en) 2014-08-28 2016-03-14 Envision Energy Denmark Aps Synchronous superconductive rotary machine having a slidable pole assembly and methods thereof
WO2022152977A1 (fr) * 2021-01-12 2022-07-21 Buendia Jose De la lumiere au centre de la matiere

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3584246A (en) * 1968-12-20 1971-06-08 Edward Halas Magnetic field producing means
US3999091A (en) * 1974-11-13 1976-12-21 Massachusetts Institute Of Technology Superconducting machine having wound damper-shield winding
US4176292A (en) * 1977-09-02 1979-11-27 Electric Power Research Institute, Inc. Auxiliary field winding for a superconductive alternating current electrical machine and method of exciting same
US4404486A (en) * 1980-12-24 1983-09-13 General Electric Company Star connected air gap polyphase armature having limited voltage gradients at phase boundaries
JPS60157207A (ja) * 1984-01-26 1985-08-17 Toshiba Corp 超電導電磁石
GB8530930D0 (en) * 1985-12-16 1986-01-29 Mansfield P Inductive circuit arrangements
US4763404A (en) * 1987-03-09 1988-08-16 Cryomagnetics, Inc. Low current superconducting magnet with quench damage protection
FR2655767A1 (fr) * 1989-12-08 1991-06-14 Alsthom Gec Disjoncteur limiteur a courant continu a haute tension.
US5066638A (en) * 1990-09-10 1991-11-19 Emerson Electric Co. Superconducting motor with multiple winding rotor
US5144179A (en) * 1991-04-03 1992-09-01 Emerson Electric Co. Superconducting brushless homopolar motor with multiple winding rotor
US5483111A (en) * 1994-03-23 1996-01-09 Power Superconductor Applications Corp. Method and apparatus for elimination of the exit-edge effect in high speed linear induction machines for maglev propulsion systems
JPH099499A (ja) * 1995-06-19 1997-01-10 Hitachi Ltd 限流器
JP3419986B2 (ja) * 1996-03-27 2003-06-23 財団法人鉄道総合技術研究所 超電導コイル通電線の保護方法及びその装置
SE9704413D0 (sv) * 1997-02-03 1997-11-28 Asea Brown Boveri Krafttransformator/reaktor
US6064172A (en) * 1997-02-11 2000-05-16 Power Superconductor Applications Corporation Method and apparatus for detection, classification and reduction of internal electrical faults in alternating current propulsion machinery using synchronous detection scheme
SE511361C2 (sv) * 1997-09-30 1999-09-20 Abb Ab Krafttransformator/reaktor samt förfarande för att anpassa en högspänningskabel
US6181112B1 (en) * 1998-12-10 2001-01-30 Hamilton Sundstrand Corporation Apparatus and method for limiting generator peak voltage
JP3788702B2 (ja) * 1999-03-03 2006-06-21 三菱電機株式会社 超電導回転電機の回転子
JP2000340420A (ja) * 1999-05-28 2000-12-08 Mitsubishi Electric Corp 超電導限流装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1305871B1 (de) 2007-09-12
AU2001283532A1 (en) 2002-02-18
DE60130467D1 (de) 2007-10-25
KR100635171B1 (ko) 2006-10-17
KR20030036666A (ko) 2003-05-09
EP1305871A1 (de) 2003-05-02
WO2002013360A1 (en) 2002-02-14
ATE373332T1 (de) 2007-09-15
US6359365B1 (en) 2002-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69924898T2 (de) Resistiver Fehlerstrombegrenzer
DE2515133C3 (de) Reluktanzmaschinenanordnung
DE60019609T2 (de) Supraleitender elektromotor
DE69501066T3 (de) Synchronmotor mit im Rotor eingebetteten Permanentmagneten
DE102009038920A1 (de) Multifilamentleiter und Verfahren zu dessen Herstellung
DE60130467T2 (de) Schutz für die feldwicklung einer supraleitenden synchronmaschine
DE1763722C3 (de) Elektrischer Generator
DE112009004498T5 (de) Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug
DE1813370B2 (de) Kompoundiertes Erregersystem
DE3532396C2 (de)
DE3927454C2 (de)
DE3009470C2 (de) Entladungswiderstand
DE4027041A1 (de) Elektrischer generator
DE2212874A1 (de) Wicklungsanordnung fuer dynamoelektrische Maschine
DE2914185A1 (de) Generator mit permanentmagnet
DE60307466T2 (de) Elektrischer Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung sowie Verfahren zum Entwickeln desselben
WO2019091842A1 (de) Rotor und maschine mit p-poliger rotorwicklung
LU102069B1 (de) Elektrische Maschine
WO2019057383A1 (de) Elektrische maschine
WO2012119894A2 (de) Hts-synchronmaschine mit erhöhter läuferstreuung
DE157883C (de)
DE102011005293B4 (de) Walzwerksantrieb mit einer HTS-Synchronmaschine und entsprechende Verwendung
DE749240C (de)
DE322440C (de)
DE102020112923A1 (de) Elektromaschine

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition