[科普中国]-超导发电机

超导技术可以使发电机和电动机小型化，而功率更强大，工作性能更稳定，以取代目前庞大笨重的发电设施，也为电动机的低噪声化和军用提供可能性。

简介超导发电机是电机领域的一种新型电机，具有功率密度大、同步电抗小、效率高、维护方便等优点，将成为本世纪最有潜力、最理想的能源转换装置。超导发电机之所以具有这些优点是因为超导发电机中包含有超导磁体，超导磁体能否正常运行是决定超导发电机成败的一个关键因素。1

特点超导发电机可从以下方面改善电力系统：

①能够极大地降低制造成本及其运行成本；

②可以增加电网的稳定性；

③超导发电机本身在高电压下运行，故可省去升压变压器；

④与目前常用的交流短距离输变电进行对比研究后发现，将超导发电机的输出转变成直流进行输变电也是有益的。

研究证实，超导发电机具有以下特性：负载范围内有较高的效率；体积、质量小，有较高的功率密度；噪声小；使用寿命长；生产成本低；负序能力较强；可增强电网的稳定性；维护要求低。

分类及结构分类根据磁通方向，超导发电机可以分为径向磁通电机和轴向磁通电机两种。现有的超导发电机中，径向磁通电机占有绝对优势。虽然轴向磁通电机没有得到很好的推广，但其可通过增加转子盘的数量和定子单位而得进一步优化，故今后会越来越多地引起人们的重视。

结构超导发电机的基本构成包括超导励磁绕组、支架结构、冷却回路、低温恒温器、电磁屏蔽、电枢绕组、交流定子绕组、机座铁心、定子绕组支架、轴承和机壳。转子励磁绕组使用超导材料的超导发电机的基本构造。该类发电机称为半超导发电机；如果电枢绕组也采用超导体，则称为全超导发电机。2

制造工艺1、绕组的支撑省去铁芯后，绕组的支撑问题是值得思考的问题。

2、真空密封

旋转输液密封装置是超导同步发电机的关键部件之一。其性能的优劣直接影响超导同步发电机能否安全可靠地运行。为保证励磁线圈的深冷状态，液氦深冷装置必须具有绝缘、隔热、真空密封和较高强度等性能，故真空密封问题是未来应关注的问题。

3、绕组的制造

目前，可供有效替代的、同时具备电气、机械性能的超导材料的研究进展缓慢，绕组的制造工艺变化也不大。不过，最近已有学者提出用双电枢概念来解决超导发电机中存在的问题|。

4、线圈检测及保护

超导发电机基本工作在大功率情况下。大功率应用喻示有较多匝数、大的线圈(尤其是电枢)，在系统中将导致大的阻抗和大量的能量储存。当危及线圈时，应有线圈抑制，能量必须快速移除，以阻止形成的热点。

5、可靠性验证

超导发电机磁负荷较大(约5T)，但要达到实用、大容量，提高临界送电能力和与常规发电机并列运行的能力，必须确保安全稳定运行，故对超导发电机可靠性的要求较高。如何进行可靠性验证是一个需要思考的问题。2

应用1、工业应用

随着对超导发电机研究的不断深入以及超导技术的不断发展，超导发电机很可能成为轧钢、风机、微机械系统、化工、航天航空、采矿、石油与天然气精炼以及其他重工业等领域的理想动力。超导电力技术在超导电缆、超导变压器、超导储能、超导电动机等领域将有广泛应用。超导发电机在工业上的应用将主要围绕风力发电和水力发电领域。

2、军事应用

未来，全电舰船上的电源、飞机上的电驱动电源、主动的空运驱逐系统与自保护系统等都将出现超导发电机的身影；舰船及航空器上的激光束武器也将是超导发电机大显身手的地方。

3、在大功率风力发电机方面的应用

与传统的风力发电机相比，超导发电机的质量和体积可以减少50%以上(5MW以上的传统风力发电机质量太大)，具有更高的效率，并有可能省去齿轮变速箱，变为直驱系统。目前，永磁直驱风力发电机是一个研究热点，但近年来，作为能源物资的稀土永磁体的价格不断提高，并且成为了国家控制商品。而超导发电机在性能上已远远优于永磁直驱发电机，从材料上也不受稀土永磁体的限制，因此，它将具有非常广阔的应用前景。

4、特殊应用

随着涂层超导体价格的不断降低，超导发电机也可能作为新的发电装置，被用于新一代的火箭系统中，并在无损耗输电、生物医学、磁悬浮运输和航空航天等领域中大有作为。2

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学