Центр сверхпроводниковых электрических машин и устройств

Для развития работ в области прикладной сверхпроводимости в 1993 при кафедре 310 МАИ создан «Центр сверхпроводниковых электрических машин и устройств». С этого момента в центре проводятся работы по созданию принципиально нового класса электрических машин с высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП) с охлаждением жидким азотом.

В центре ведутся разработки электротехнического оборудования с использованием явления сверхпроводимости начиная с 1965 года. В 1973–1990 гг. с участием МАИ разработаны, созданы и испытаны низкотемпературный сверхпроводниковый (НТСП) униполярный генератор мощностью 0,5 МВт и бортовой синхронный генератор мощностью 0,7 МВт, был выполнен ряд проектов бортовых криогенных энергетических установок мощностью 10–30 МВт.

В 1993–1997 гг. эти исследования проводились по программе ГКНТ «Актуальные направления в физике конденсированных сред» (направление «Сверхпроводимость»). В период 1995–2008 гг. при поддержке министерств науки России и Германии (работы по созданию первых опытных образцов электрических машин на основе объёмных ВТСП). В период 2009–2013 гг. — в рамках проекта «Сверхпроводниковая индустрия» (в составе проекта комиссии «Инновационная энергетика» приоритетного направления «Энергоэффективность» (работы по созданию электрических машин на основе ВТСП второго поколения и кинетических накопителей энергии с магнитным ВТСП-подвесом).

Д. А. Медведев осматривает макет транспортной системы с ВТСП магнитным подвесом

Ниже приводятся результаты работ «Центра сверхпроводниковых электрических машин и устройств» МАИ по созданию нового электротехнического оборудования на основе современных ВТСП за период 1993–2013 гг.:

• В период 1993–1999 гг. созданы первые в мире серии гистерезисных ВТСП-двигателей мощностью 100 Вт, 500 Вт, 1 кВт и 4 кВт, работающих в среде жидкого азота. Показано, что эти двигатели превосходят в 3–4 раза по массогабаритным параметрам электрические машины традиционного исполнения.
  
• В 1997–2000 гг. в МАИ разработаны, изготовлены и испытаны новые типы реактивных синхронных ВТСП двигателей мощностью 0,5 кВт, 2 кВт, 5 кВт и 10 кВт с композитным ВТСП ферромагнитным ротором, работающих при температурах жидкого азота.
  
• В 2002 г. в рамках германо-российского проекта «HTS Motor < 500 kW» в МАИ совместно с ВНИИ НМ им. Бочвара и ОАО «НИИЭМ» (г. Истра) создан 100 кВт реактивный ВТСП-электродвигатель. В рамках той же кооперации в 2002 г. создан бортовой крионасос с ВТСП-двигателем (совместно с ПАО «Туполев») для перспективных самолётов типа «Криоплан» на водородном топливе.
  
• В 2003 г. в МАИ совместно с ФПГ «Новые транспортные технологии» создан первый в России макет магнитного подвеса с использованием объёмных ВТСП грузоподъёмностью 500 кг для систем высокоскоростного транспорта.
  
• С 2005 г. в МАИ ведутся разработки ВТСП-электродвигателей для приводов крионасосов водородной энергетики и систем криообеспечения силовых ВТСП-кабелей. Экспериментально показано, что такие двигатели с постоянными магнитами и объёмными ВТСП-элементами имеют выходную мощность в 1,5 раза выше, чем традиционные синхронные двигатели при тех же режимах охлаждения в среде жидкого азота.
  
• В 2007 г. в МАИ совместно с ОАО «НПО Энергомаш имени ак. В. П. Глушко» и ОАО «АКБ Якорь» создан и успешно испытан промышленный образец крионасоса с ВТСП-электроприводом для систем криообеспечения силовых ВТСП кабелей.
  
• В 2008 г. совместно с фирмой «Oswald Elektromotoren GmbH» (ФРГ) создан и успешно испытан высокодинамичный синхронный ВТСП-электродвигатель с охлаждением жидким азотом мощностью 500 кВт для специальных промышленных приводов.
  
• В 2009 г. в МАИ совместно с ОАО «НИИЭМ» (г. Истра) успешно испытан высокодинамичный ВТСП-электродвигатель мощностью 150 кВт (в рамках проекта «Машук» Минобороны РФ).
  
• В 2010 г. в МАИ совместно с ОАО «Русский сверхпроводник» спроектирован, изготовлен и испытан макетный образец кинетического накопителя энергии (КНЭ) на основе ВТСП магнитного подвеса с запасенной энергией 0,5 МДж.

Серия сверхпроводниковых гистерезисных электродвигателей

Серия сверхпроводниковых реактивных электродвигателей

Cверхпроводниковые синхронные электродвигатели

Кинетические накопители энергии с ВТСП-подвесом маховика

В 2011–2015 гг. в рамках программы «Сверхпроводниковая индустрия» МАИ в кооперации с ОАО «НИИЭМ», МГТУ им. Баумана, ИФВЭ, ОАО «ВПО Точмаш» и ГУАП, были проведены следующие работы:

• разработаны технологии намотки ВТСП-обмоток возбуждения электрических машин;
  
• разработаны, изготовлены и испытаны первые в РФ опытные образцы двигателя и генератора на основе ВТСП второго поколения мощностью 50 кВт;
  
• разработан и изготовлен генератор на основе высокотемпературных сверхпроводников второго поколения мощностью 1 МВА для ветроэнергетических установок;
  
• разработан и изготовлен электродвигатель для транспорта на основе ВТСП второго поколения мощностью 200 кВт;
  
• разработан и изготовлен КНЭ с магнитным ВТСП-подвесом с запасенной энергией свыше 5 МДж.
  

Катушки возбуждения на основе ВТСП лент 2-го поколения и 50 кВт синхронный ВТСП-электродвигатель

Итоги работ «Центра сверхпроводниковых электрических машин и устройств» МАИ по созданию новых типов ВТСП электрических машин, КНЭ и систем магнитного подвеса опубликованы в четырех монографиях, десятках статей и патентах и отражены в 9 кандидатских и 3 докторские диссертациях. Лидирующие позиции разработчиков в области создания новых типов электрических машин на основе современных ВТСП являются общепризнанными как в России, так и за рубежом. Работы по созданию криогенных ВТСП электрических машин отмечены двумя премиями Правительства РФ в области науки и техники за 2002 г. и 2009 г., а также отмечены рядом дипломов и медалей российских и зарубежных конференций и выставок.