Superledere i synkronmaskiner

Abstract

Hensikten med denne oppgaven er å skaffe en oversikt over utførte synkronmaskinprosjekter verden over, som har benyttet superledere i felt- eller statorviklinger. Videre er et dimensjoneringseksempel utføret, for å se på fordeler med superlederteknologien i forhold til den konvensjonelle teknologien. Til slutt ble FEMLAB anvendt, for å undersøke den dimensjonerte superledende maskinen, og for å se på noen små optimaliseringer av designet. Det er utført mye forskningsarbeid på superledende maskiner verden over. Den første maskinen med superledende feltviklinger ble bygget allerede i 1971 av MIT i USA, og arbeidet med maskinen startet allerede i 1968. Noen land har satset store pengesummer for å etablere og videreutvikle teknologien. De viktigste deltagende landene i dette arbeidet er USA, Tyskland og Japan. Et formelverktøy plassert i et excelark, ble benyttet for dimensjoneringseksempelet. Det benyttede verktøyet baserer seg på erfaringsformler fra dimensjonering av vannkraftgeneratorer, og er derfor ikke egnet for bruk i dimensjonering av superledende maskiner. Det var ofte store usikkerheter i mange av de utregnede verdiene i programmet, og spesielt store for utregningen av ampervindingsbehovet og synkronreaktansen. De viktigste resultatene arbeidet viste, er at superlederteknologien i synkronmaskiner er fortsatt en for dyr teknologi til at den skal kunne utkonkurrere den konvensjonelle teknologien. Men en bestillingen av to kommersielle synkronkompensatorer i USA i 2005, lover likevel godt for teknologien. De potensielle fordelene med å benytte superlederteknologien i synkronmaskiner, er i hovedsak betraktelig økt virkningsgrad, kraftig redusert vekt og volum, forbedret stabilitet, og en betraktelig redusert støymengde i maskinen. FEMLAB-analysene viste at Excelarket ikke er egnet for dimensjonering av superledende maskiner. Men Excelarket fungerte tilstrekkelig, til å vise at det utførte dimensjoneringseksempelet underbygger teknologiens potensial med tanke på volumreduksjon. Hovedproblemet med den dimensjonerte superledende maskinen fra Excelarket, var at flukstettheten i stator i virkeligheten ikke var tilstrekkelig stor. Med en for lav flukstetthet i stator, vil statorspenningen få en lavere verdi enn den ønskede. Etter litt optimalisering i FEMLAB, ble det funnet at de mest gunstig tiltakene for å forbedre fluksfordelingen i maskinen, var å benytte en smal polkjerne, og en lav og bred polspole. Det mest ugunstige optimaliseringsforsøket var å velge en høy polspole. Dette førte til redusert flukstetthet i statorviklingene og stor lekkfluks i selve polspolen.