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http://hdl.handle.net/11422/23220
Type: | Tese |
Title: | Desenvolvimento de uma máquina supercondutora de fluxo aprisionado em fitas 2G empilhadas no rotor |
Author(s)/Inventor(s): | Monteiro, Fernando Jorge |
Advisor: | Andrade Júnior, Rubens de |
Co-advisor: | Sotelo, Guilherme Gonçalves |
Co-advisor: | Polasek, Alexander |
Abstract: | Esta tese faz uma investigação aprofundada das características de funcionamento de uma máquina elétrica supercondutora que usa fitas de segunda geração empilhadas em formato espiral no rotor. O princípio de operação dessa máquina depende da interação entre o campo magnético gerado no estator convencional e o campo magnético aprisionado no rotor supercondutor. Assim, conforme a carga, a máquina pode operar no regime síncrono ou assíncrono. As fitas supercondutoras empilhadas, são utilizadas como uma alternativa de substituição aos blocos supercondutores. A utilização dessas fitas reduz o tamanho e o peso das máquinas em comparação com aquelas que utilizam blocos. Neste contexto, foram propostas três configurações de núcleo do rotor para os protótipos da máquina supercondutora. Uma com núcleo em fibra de vidro (N-G10), outra com núcleo em aço magnético de alta permeabilidade (N-MAG) e por último uma com núcleo dividido em fibra de vidro e aço magnético (N-G10MAG). Nos protótipos N-G10 e N-MAG foram feitos dois empilhamentos de fita com nove camadas cada e no protótipo N-G10MAG três empilhamentos com dezoito camadas cada. As três configurações foram construídas e testadas em banho de nitrogênio líquido a 77K. Para a realização desses testes também foram desenvolvidas duas mesas de medida e um criostato. Os resultados experimentais mostraram concordância com aqueles obtidos por modelo desenvolvido com um programa de elementos finitos. Os resultados demonstraram o aprisionamento de fluxo magnético e a magnetização do empilhamento supercondutor no rotor, sendo o peso reduzido em 36% e o torque aumentado em 60%, se comparado ao da máquina de indução com rotor gaiola, considerando as suas respectivas temperaturas de operação. |
Abstract: | This thesis makes an in-depth investigation of the operating characteristics of a superconducting electrical machine that uses second generation tapes stacked in a spiral shape on the rotor. The operating principle of this machine depends on the interaction between the magnetic field generated in the conventional stator and the magnetic field trapped in the superconducting rotor. Thus, depending on the load, the machine can operate in synchronous or asynchronous regime. The stacks are used as an alternative to replace the bulks. The use of tapes reduces the size and weight of machines compared to those using bulks. In this context, three rotor core configurations have been proposed for the superconducting machine prototypes. One with a fiberglass core (N-G10), another with a high permeability magnetic steel core (N-MAG) and finally one with a fiber glass and magnetic steel core (N-G10MAG). The prototypes N-G10 and N-MAG have two superconducting tape stacks around the core, each one with nine layers, and the prototype N-G10MAG has three superconducting tape stacks around the core, each one with eighteen layers. These configurations were built and tested in a 77K liquid nitrogen bath. To perform these tests, two measurement tables and a cryostat were also developed. The experimental results agreed with the results obtained in a model developed with a finite elements program. The results demonstrated the magnetic flux trapping and magnetization of the superconducting stack in the rotor, being the weight was reduced by 36% and the torque increased by 60%, compared to the squirrel-cage induction machine, considering their respective operating temperatures. |
Keywords: | Máquina supercondutora Fita supercondutora Fita 2G HTS empilhada Aprisionamento de fluxo magnético |
Subject CNPq: | Engenharia Elétrica |
Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
Issue Date: | Jul-2020 |
Publisher country: | Brasil |
Language: | por |
Right access: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | Engenharia Elétrica |
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