Study of a machine fully superconducting from 150 kW to 400 rpm
Etude d'une machine entièrement supraconductrice de 150 kW à 400 tr/min
Résumé
The development of superconducting wires operating under 50 Hz fields and currents allows the design of a.c. machines. The aim of this study is to présent the design of a 150 kW- 400 rpm fully superconducting motor. First, the losses in superconducting wires are presented. An electrical measurement method has been settled. Contrary to a calorimetric one, it gives a loss signal from which the différent contributions may be analysed. Then, the particular "air cored" structure of cryogénie machines is presented. Nevertheless, this latter entails dynamic stability problems which may be solved by an autopilotage control. A design which takes into account mechanical, electrical and cryogénie aspects is proposed. Despite cryogénie requirements which pénalise low rating machines, the design proposed hère leads to an interesting mass torque density. The active weight (superconducting and magnetic materials) amounts to about 40 kg. Insofar as the superconducting state dépends on the local magnetic field, the electro-magnetic study has been developed. The réalisation and the test of the superconducting coils are detailed. Finally, the design of the future 400 km/h T.G.V. ship borne electrical Systems hâve been studied. This give an idea of higher power machine performances.
Les premières réalisations supra-électrotechniques a.c. sont très récentes. Dans le domaine des machines tournantes, les recherches antérieures concernent les alternateurs. L'objet de ce travail est l'étude d'un moteur entièrement supraconducteur de 150 kW à 400 tr/min.
Nous nous sommes intéressés au problème des pertes supraconductrices. Des programmes de calcul utilisables dans le cadre des machines tournantes ont été développés. Nous avons mis au point une méthode de mesure expérimentale, de nature électrique, qui fournit un signal de pertes et permet d'analyser les différentes contributions (hystérésis, champ propre, courants induits ...).
Compte tenu des contraintes cryogéniques, une machine supraconductrice se caractérise par sa structure "air". Cette configuration permet d'augmenter les performances volumique et massique, mais entraîne des problèmes de stabilité dynamique. Ce point peut être corrigé en autopilotant la machine par un convertisseur de puissance.
La conception générale de la machine de 150 kW à 400 tr/min montre les performances atteintes par la solution entièrement supraconductrice. L'influence de certains paramètres de dimensionnement (taux d'utilisation du conducteur, nombre de paires de pôles ...) a retenu une attention particulière. Dans la mesure où les propriétés des supraconducteurs dépendent fortement du champ local, l'étude électromagnétique a été particulièrement détaillée. La réalisation de l'ensemble des enroulements de l'induit montre qu'en soignant les techniques de bobinage, les performances atteintes sont proches des caractéristiques critiques du conducteur, mesurées en échantillon court.
Enfin, pour étudier le seuil de compétitivité de la solution supraconductrice et montrer concrètement ce qu'amènerait la supraconductivité dans le domaine des systèmes embarqués, nous avons prédimensionné l'ensemble du matériel électrique concernant le futur T.G.V. 400 km/h.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)