Введение
1 Сверхпроводниковые электрические машины. Состояние разработок и перспективы развития 18
1.1 Классификация электромеханических преобразователей на основе СП 19
1.2 Электрические машины с композитными СП проводами на роторе 21
1.3 Электрические машины с СП проводами переменного тока 30
1.4 Электрические машины с объемными и композитными листовыми ВТСП элементами 32
1.5 Высокотемпературные сверхпроводники и температурные диапазоны их работ 35
1.6 Системы криостатирования 39
1.7 Особенности построения математических моделей электромеханических процессов в ВТСП преобразователях энергии 42
1.7.1 Общая характеристика теоретических моделей 42
1.7.2 Феноменологические модели расчета токонесущих элементов на основе ВТСП 43
1.7.3 Двумерные модели расчета электродинамических процессов и параметров СПЭМ 48
2 Математические модели электромагнитных и гистерезисных процессов в массивных и слоистых композитных ВТСП элементах электрических машин 57
2.1 Электродинамика массивных монодоменных ВТСП элементов с высокой токонесущей способностью ( !) 58
2.1.1 Локальные электродинамические процессы в массивных ВТСП в полях различной поляризации 58
2.1.2 Общая постановка задачи расчета магнитных полей в массивных ВТСП элементах 67
2.1.3 ВТСП пластина в бегущем и пульсирующем магнитных полях 69
2.1.4 ВТСП цилиндр в пульсирующем и вращающемся магнитных полях 74
2.1.5 ВТСП сфероид в пульсирующем и вращающемся магнитных полях 85
2.1.6 Намагниченность и гистерезисные потери в массивных ВТСП элементах 88
2.1.7 Влияние зависимости J{H) на магнитный момент ВТСП элементов и гистерезисные процессы 93
2.1.8 Экспериментальные исследования намагниченности сфероидов из монодоменных ВТСП 94
2.2 Электродинамика массивных поликристаллических ВТСП с низкой токонесущей способностью ( 1) 103
2.2.1 Средне сферическое приближение 105
2.2.2 Цилиндры и сфероиды из ВТСП с «1 в пульсирующих и вращающихся магнитных полях 108
2.3 Электродинамика слоистых композитных материалов на основе ВТСП и магнитомягких сталей 112
2.3.1 Феноменологические модели слоистых композитных материалов 112
2.3.2 Характеристики магнитных свойств ВТСП пластин и ферромагнитных пластин ротора 115
2.3.3 Композитный слоистый ВТСП цилиндр в однородном внешнем магнитном поле 122
2.4 Влияние физических свойств объемных и композитных ВТСП элементов на характеристики электрических машин130
3. Математические модели и методы расчета электродинамических процессов в гистерезисных ВТСП двигателях с объемными ВТСП элементами 138
3.1 Устройство и принцип действия гистерезис но го ВТСП двигателя. Общая характеристика объемных ВТСП элементов двигателя 139
3.2 Математические модели процессов в цилиндрических гистерезисных двигателях с монодоменными ВТСП элементами с высокой токонесущей способностью 141
3.2.1 Принципы построения решений и общая постановка задачи 141
3.2.2 Аналитические решения и основные соотношения для расчета распределений магнитных полей и выходных характеристик ВТСП двигателей 144
3.2.3 Анализ параметров ВТСП двигателя с 1 154
3.3 Математические модели процессов в цилиндрических гистерезисных двигателях с поликристаллическими ВТСП элементами с низкой токонесущей способностью (« 1) 158
3.3.1 Принципы построения решений и общая постановка задачи 158
3.3.2 Аналитические решения и основные соотношения для расчета распределений магнитных полей и выходных характеристик ВТСП двигателей 160
3.3.3 Анализ параметров ВТСП двигателя с « 1 167
3.4 Теоретические методы расчета торцевых гистерезисных ВТСП двигателей с » 169
3.4.1 Общая постановка задачи 171
3.4.2 Магнитные поля и основные расчетные соотношения для выходных характеристик торцевых ВТСП двигателей 176
3.5 Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП. Сопоставление теоретических расчетов опытными данными с электродвигателей 186
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 гистерезисных ВТСП двигателей 198
3.5.4 Экспериментальные исследования гистерезисных ВТСП двигателей при пониженных температурах 204
Математические модели электродинамических процессов в реактивных ВТСП двигателях 207
4.1 , Математические модели электродинамических процессов в активной зоне реактивных ВТСП двигателей с композитным слоистым ротором 208
4.1.1 Классификация реактивных ВТСП двигателей 208
4.1.2 Общая постановка двухмерных электродинамических задач 210
4.1.3 Построение аналитических решений для двигателей с композитным слоистым ротором с поликристаллическими ВТСП пластинами с « I 212
4.1.4 Аналитические решения задачи для ВТСП двигателя с монодоменными ВТСП пластинами с %» I 219
4.1.5 Определение индуктивных параметров и энергетических характеристик ВТСП двигателей с композитным ротором 227
4.1.6 Результаты расчётов параметров ВТСП двигателей с композитным ротором 235
4.2 Математические модели электродинамических процессов в активной зоне реактивных ВТСП двигателей с объёмными ТСП элементами на массивном магнитомягком роторе 244
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 246
4.2.3 Построение эквивалентных токовых слоев на поверхности ротора 249
4.2.4 Определение индуктивных параметров и энергетических характеристик реактивного ВТСП двигателя 256
4.2.5 Результаты расчётов параметров ВТСП двигателя с объёмными элементами 258
4.3 Численные методы расчета параметров реактивных ВТСП
электродвигателей 265
4.3.1 Применение метода конечных элементов для расчета параметров электродвигателей 266
4.3.2 Методы построения рабочих характеристик реактивных ВТСП двигателей с использованием МКЭ в П1І11 «Quickfield v. 4.1» 270
4.3.3 Результаты численных расчетов реактивных ВТСП двигателей с различной геометрией активной зоны 278
4.4 Экспериментальные исследования моделей погружных реактивных ВТСП двигателей. Сопоставление теоретических и опытных данных 287
4.4.1 Криогенно-вакуумное оборудование и стенды для экспериментального исследования ВТСП двигателей 287
4.4.2 Описание экспериментальных реактивных ВТСП двигателей 292
4.4.3 Результаты экспериментальных исследований и сопоставление с теоретическими зависимостями 296
Заключение 307
Список использованных источников 314
Приложение 1 328
