Проблемы криогенного охлаждения полупроводниковых вентилей статических преобразователей
Ключевые слова:
статические преобразовательные устройства, электромеханические преобразователи, криогенное охлаждение, коэффициент теплоотдачи, удельная мощность преобразователя
Аннотация
В России и за рубежом достигнут научно-технический прогресс в области разработки и создания электромеханических преобразователей на базе высокотемпературных сверхпроводниковых материалов. Удельная мощность таких электрических машин свыше 10 кВт/кг при охлаждении их жидким азотом. Статические преобразовательные устройства, работающие совместно с электромеханическими преобразователями, обладают удельной мощностью, не превышающей, как правило, 1 кВт/кг при принудительном охлаждении. Поэтому задача повышения удельной мощности как электромеханических, так и статических полупроводниковых электроэнергетических устройств подвижных объектов, особенно при их эксплуатации в аэрокосмической области, является весьма актуальной. В статье рассматриваются вопросы охлаждения полупроводниковых вентилей статических преобразователей жидким азотом. Повышение эффективности охлаждения при этом приводит к значительному возрастанию коэффициента теплоотдачи и, как следствие, к снижению массы и габаритов радиаторов, а следовательно, и всего преобразователя. Расчёты по результатам эксперимента показали, что применение криогенного охлаждения позволяет примерно в 50—100 раз повысить значение относительной мощности преобразователя. Решен вопрос компоновки преобразовательного блока: помещение его в зону захолаживания жидким азотом является наиболее перспективным.Литература
Электрический самолёт: концепция и технологии/Под ред. С.М. Мусина. Уфа: УГАТУ, 2014, 388 с.
Найвельт Г. С., Мазель К. Б., Хусаинов Ч. И. и др. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/Под ред. Г.С. Найвельта. М.: Радио и связь, 1985, 576 с.
Лёвин А.В., Алексеев И.И., Харитонов С.А., Ковалев Л.К. Электрический самолёт: от идеи до реализации. М.: Машиностроение, 2010, 288 с.
Ward R.R., Dawson W.J., Zhu L., Kirschman R.K., Mueller O., Hennessy M.J., Mueller E., Patterson R.L., Dickman J.E. and Hammoud A. Power diodes for cryogenic operation, in PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conf., 2003, 1891 p.
Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей. М.: Энергия, 1977, 288 с.
Костюк В.В., Каторгин Б.И., Фирсов В.П., Ковалёв К.Л., Равикович Ю.А., Антюхов И.В., Тимушев С.Ф., Верещагин М.М., Холобцев Д.П., Ермилов Ю.И., Балабошко Н.Г., Гапеев Ю.А., Лесовников А.С., Сычков А.Е., Модестов К.А. Система криообеспечения высокотемпературной сверхпроводимости устройств (СКР 001). — Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 8 [Электрон. ресурс] http://dx.doi.org/10.18698/ 2308-6033-2017-8-1647 (Дата обращения 10.09.2018).
JSC «Infinion Technologies AG» [Офиц. сайт] http://www.irf.com/package/ (Дата обращения 27.10.2018).
Дубенский Г.А., Кован Ю.И. Электроэнергетические преобразовательные устройства. М.: Изд-во МАИ, 2017, 52 с. Elektrichestvo, 2019, No. 6, pp. 4—12
Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1985, 400 с.
Modestov K., Kovalev K., Dubensky A., Zhuravlev S. Brushless Nonsteel HTS Generator with Combined Excitation with Trapped Fleld Plates on the Rotor. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018, vol. 28, iss. 4, pp. 1—5. doi:10.1109//tasc.2018.2799327.
Dubensky A.A., Kovalev K.L., Larionov A.E., Modestov K.A., Penkin V.T., Poltavets V.N. An Outlook of the Use of Cryogenic Electric Machines Onboard Aircraft. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26, iss. 3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.2524656.
Kovalev K.L., Penkin V.T., Larionov A.E., Modestov K.A., Ivanov N.S., Tulinova E.E., Dubensky A.A., Verzhbitsky L.G., Kozub S.S. Brushless Superconducting Synchronous Generator with Claw-Shaped Poles and Permanent Magnets. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26. iss. 3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.252899.
#
Elektricheskiy samolet: kontseptsiya i tekhnologii (Electric aircraft: concept and technology)/Edit. by S.M. Musin. Ufa, Publ. UGATU, 2014, 388 p.
Nayvelt G.S., Mazel K.B. et al. Istochniki elektropitaniya radioelektronnoy apparatury: Spravochnik (Power supply for radioelectronic equipment: Directory)/Edit. by G.S. Nayvelt. Moscow, Radio i svyaz, 1985, 576 p.
Levin A.V., Alekseyev I.I., Kharitonov S.A., Kovalev L.K. Elektricheskiy samolet: ot ideyi do realizatsii (Electric aircraft: from idea to implementation). Moscow, Mashinostroeniye, 2010, 288 p.
Ward R.R., Dawson W.J., Zhu L., Kirschman R.K., Mueller O., Hennessy M.J., Mueller E., Patterson R.L., Dickman J.E., Hammoud A. Power diodes for cryogenic operation, in PESC Record. — IEEE Annual Power Electronics Specialists Conf., 2003, 1891 pp.
Grigor'yev V.A., Pavlov Yu.M., Ametistov Ye.V. Kipeniye kriogennykh zhidkostey (The boiling of cryogenic liquids). Moscow, Energiya, 1977, 288 p.
Kostyuk V.V., Katorgin B.I., Firsov V.P., Kovalev K.L., Ravikovich Yu.A., Antyukhov I.V., Timushev S.F., Vereshchagin M.M., Kholobtsev D.P., Ermilov Yu.I., Balaboshko N.G., Gapeyev Yu.A., Lesovnikov A.S., Sychkov A.Ye., Modestov K.A. Sistema krioobespecheniya vysokotemperaturnoy sverkhprovodimosti ustroistv (Cryogenic supply system for high-temperature superconductivity devices (SCR 001)). Ingineering Journal: Scientist and Innovation, 2017, iss. 8 [Electron. resurs] http://dx.doi.org/10.18698/ 2308-6033-2017-8-1647 (Data obrasheniya 10.09.2018).
JSC «Infinion Technologies AG» [Ofits. Sayt] http://www.irf.com/package/(Data obrashcheniya 27.10.2018].
Dubenskiy G.A., Kovan Yu.I. Elektroenergeticheskiye preobrazovatelnye ustroystva (Electric power converters). Moscow, Publ. MAI, 2017, 52 p.
Chebovskiy O.G. et. al. Silovye poluprovodnikovye pribory: Spravochnik (Power semiconductor devices. Directory). Moscow, Energoatomizdat, 1985, 400 p.
Modestov K., Kovalev K., Dubensky A., Zhuravlev S. Brushless Nonsteel HTS Generator with Combined Excitation with Trapped Fleld Plates on the Rotor. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018, vol. 28, iss. 4, pp. 1—5. doi:10.1109//tasc.2018.2799327.
Dubensky A.A., Kovalev K.L., Larionov A.E., Modestov K.A., Penkin V.T., Poltavets V.N. An Outlook of the Use of Cryogenic Electric Machines Onboard Aircraft. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26, iss.3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.2524656.
Kovalev K.L., Penkin V.T., Larionov A.E., Modestov K.A., Ivanov N.S., Tulinova E.E., Dubensky A.A., Verzhbitsky L.G., Kozub S.S. Brushless Superconducting Synchronous Generator with Claw-Shaped Poles and Permanent Magnets. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26. iss. 3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.252899.
Найвельт Г. С., Мазель К. Б., Хусаинов Ч. И. и др. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/Под ред. Г.С. Найвельта. М.: Радио и связь, 1985, 576 с.
Лёвин А.В., Алексеев И.И., Харитонов С.А., Ковалев Л.К. Электрический самолёт: от идеи до реализации. М.: Машиностроение, 2010, 288 с.
Ward R.R., Dawson W.J., Zhu L., Kirschman R.K., Mueller O., Hennessy M.J., Mueller E., Patterson R.L., Dickman J.E. and Hammoud A. Power diodes for cryogenic operation, in PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conf., 2003, 1891 p.
Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей. М.: Энергия, 1977, 288 с.
Костюк В.В., Каторгин Б.И., Фирсов В.П., Ковалёв К.Л., Равикович Ю.А., Антюхов И.В., Тимушев С.Ф., Верещагин М.М., Холобцев Д.П., Ермилов Ю.И., Балабошко Н.Г., Гапеев Ю.А., Лесовников А.С., Сычков А.Е., Модестов К.А. Система криообеспечения высокотемпературной сверхпроводимости устройств (СКР 001). — Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 8 [Электрон. ресурс] http://dx.doi.org/10.18698/ 2308-6033-2017-8-1647 (Дата обращения 10.09.2018).
JSC «Infinion Technologies AG» [Офиц. сайт] http://www.irf.com/package/ (Дата обращения 27.10.2018).
Дубенский Г.А., Кован Ю.И. Электроэнергетические преобразовательные устройства. М.: Изд-во МАИ, 2017, 52 с. Elektrichestvo, 2019, No. 6, pp. 4—12
Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1985, 400 с.
Modestov K., Kovalev K., Dubensky A., Zhuravlev S. Brushless Nonsteel HTS Generator with Combined Excitation with Trapped Fleld Plates on the Rotor. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018, vol. 28, iss. 4, pp. 1—5. doi:10.1109//tasc.2018.2799327.
Dubensky A.A., Kovalev K.L., Larionov A.E., Modestov K.A., Penkin V.T., Poltavets V.N. An Outlook of the Use of Cryogenic Electric Machines Onboard Aircraft. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26, iss. 3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.2524656.
Kovalev K.L., Penkin V.T., Larionov A.E., Modestov K.A., Ivanov N.S., Tulinova E.E., Dubensky A.A., Verzhbitsky L.G., Kozub S.S. Brushless Superconducting Synchronous Generator with Claw-Shaped Poles and Permanent Magnets. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26. iss. 3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.252899.
#
Elektricheskiy samolet: kontseptsiya i tekhnologii (Electric aircraft: concept and technology)/Edit. by S.M. Musin. Ufa, Publ. UGATU, 2014, 388 p.
Nayvelt G.S., Mazel K.B. et al. Istochniki elektropitaniya radioelektronnoy apparatury: Spravochnik (Power supply for radioelectronic equipment: Directory)/Edit. by G.S. Nayvelt. Moscow, Radio i svyaz, 1985, 576 p.
Levin A.V., Alekseyev I.I., Kharitonov S.A., Kovalev L.K. Elektricheskiy samolet: ot ideyi do realizatsii (Electric aircraft: from idea to implementation). Moscow, Mashinostroeniye, 2010, 288 p.
Ward R.R., Dawson W.J., Zhu L., Kirschman R.K., Mueller O., Hennessy M.J., Mueller E., Patterson R.L., Dickman J.E., Hammoud A. Power diodes for cryogenic operation, in PESC Record. — IEEE Annual Power Electronics Specialists Conf., 2003, 1891 pp.
Grigor'yev V.A., Pavlov Yu.M., Ametistov Ye.V. Kipeniye kriogennykh zhidkostey (The boiling of cryogenic liquids). Moscow, Energiya, 1977, 288 p.
Kostyuk V.V., Katorgin B.I., Firsov V.P., Kovalev K.L., Ravikovich Yu.A., Antyukhov I.V., Timushev S.F., Vereshchagin M.M., Kholobtsev D.P., Ermilov Yu.I., Balaboshko N.G., Gapeyev Yu.A., Lesovnikov A.S., Sychkov A.Ye., Modestov K.A. Sistema krioobespecheniya vysokotemperaturnoy sverkhprovodimosti ustroistv (Cryogenic supply system for high-temperature superconductivity devices (SCR 001)). Ingineering Journal: Scientist and Innovation, 2017, iss. 8 [Electron. resurs] http://dx.doi.org/10.18698/ 2308-6033-2017-8-1647 (Data obrasheniya 10.09.2018).
JSC «Infinion Technologies AG» [Ofits. Sayt] http://www.irf.com/package/(Data obrashcheniya 27.10.2018].
Dubenskiy G.A., Kovan Yu.I. Elektroenergeticheskiye preobrazovatelnye ustroystva (Electric power converters). Moscow, Publ. MAI, 2017, 52 p.
Chebovskiy O.G. et. al. Silovye poluprovodnikovye pribory: Spravochnik (Power semiconductor devices. Directory). Moscow, Energoatomizdat, 1985, 400 p.
Modestov K., Kovalev K., Dubensky A., Zhuravlev S. Brushless Nonsteel HTS Generator with Combined Excitation with Trapped Fleld Plates on the Rotor. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018, vol. 28, iss. 4, pp. 1—5. doi:10.1109//tasc.2018.2799327.
Dubensky A.A., Kovalev K.L., Larionov A.E., Modestov K.A., Penkin V.T., Poltavets V.N. An Outlook of the Use of Cryogenic Electric Machines Onboard Aircraft. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26, iss.3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.2524656.
Kovalev K.L., Penkin V.T., Larionov A.E., Modestov K.A., Ivanov N.S., Tulinova E.E., Dubensky A.A., Verzhbitsky L.G., Kozub S.S. Brushless Superconducting Synchronous Generator with Claw-Shaped Poles and Permanent Magnets. — IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26. iss. 3, pp. 1—4. doi:10.1109/tasc.2016.252899.
