船用高温超导推进电机技术与应用 .pdfVIP

船用高温超导推进电动机技术与应用前景

中船重工集团公司武汉船用电力推进装置研究所郭国才何锡武周平

摘要：在高温超导材料发现和研究近20年的时间里，高温超导技术的应用取得了令人

瞩目的成就。尤其在舰船电力推进领域，兆瓦级甚至数十兆瓦级高温超导同步交流电动机已

经或即将交付海军使用。新型的高温超导发电机正在研发之中。可以展望，在不久的将来，

高温超导全电力舰船将出现在人们的视野中。

关键词：船舶电力推进高温超导电动机高温超导发电机

TechnologyandApplicationProspectofHTSMotors

forShip’sPropulsion

WMEPRI,SCISGuoGuocai,HeXiwu,ZhouPing

Abstract:Sincehightemperaturesuperconducting(HTS)materialswasdiscovered

andhavebeendevelopedduringthese20years,applicationofHTStechnologyhas

maderemarkableachievements.Especiallyinfieldofmarineelectricpropulsion,HTS

synchronousACmotorsofMWclassoreventensofMWclasshavebeenorwillbe

deliveredtothenavies.Furthermore,NewHTSgeneratorhasbeenunderdevelopment.It

issupposedthatallelectricshipswithhightemperaturesuperconductingtechnologywill

comeforthinthenearfuture.

KeyWords:ShipElectricpropulsionHTSmotorHTSgenerator

1高温超导旋转电动机的发展现状

因必须维持低温超导材料在超低温环境工作所遇到的能量消耗和制冷系统的复杂性等

问题，低温超导技术对其在船舶推进领域中的应用，始终没有乐观的评估。

提高超导材料临界温度是超导技术广泛应用的必由之路。目前，新一代超导材料不仅远

远超越了77K液氮禁区，而且电性能和机械性能等特性都得到极大的提升，使用高温超导材

料而要考虑的制冷功率额定值要比低温超导材料低得多。与此同时，相对简单、费用较低、

更高效率的制冷系统的研发也获得重大进展。因此，这些因素使高温超导线材在电机商业开

发和应用中，无论在技术上，或者在经济上都呈现出其适用性与可行性。

长期以来，许多国家对高温超导技术的研究一直给予极大的关注和支持。早在1987年，

美国能源部就委托Rockwell自动化/Reliance电气公司就高温超导技术在工业电机领域应用

的可能性进行研究。其目标锁定在研发1000马力以上的超导交流同步电动机系统技术，并

使之商品化。

依据美国能源部的评估，1000马力电动机功率等级是工业应用最普遍的功率等级，这

种功率等级的电动机耗能占了全美电能消耗的30%以上。从技术上看，这些电动机中的70%

非常适合使用高温超导技术。如果由超导电动机代替传统的电动机，估计每年将节约6亿多

美圆。对于全球，这种功率等级的高温超导电动机市场份额估每年计高达3亿美圆以上。

因此，1000马力的高温超导电动机就成了高温超导电动机市场化应用的里程碑。而且

从技术层面上看，获得1000马力的高温超导电动机设计的技术经验，将预示着掌握了进入

大功率高温超导电动机设计大门的金钥匙。

在美国能源部的支持下，Rockwell/Reliance公司的高温超导电动机项目迅速进入经济

可行性研究阶段。1993年，建造了世界第一台2马力和5马力使用高温超导线圈的交流同步

1

电动机演示机。

1996年，美国能源部正式组建SPI项目组，研发1000马力以上的大型高温超导电动机