УДК 620
Хохлов Д.А.
бакалавр кафедры электромеханических систем Смоленский филиал Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Смоленск, Россия)
СВОЙСТВА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ЭНЕРГИИ
Аннотация: в статье рассмотрены свойства высокоэффективных материалов и применение в электромеханических преобразователях энергии.
Ключевые слова: сверхпроводник, преобразователи энергии, материал, технологии, энергетика, электродвигатель, генератор, трансформатор.
Электромеханические преобразователи энергии играют ключевую роль в современной энергетике и промышленности. Они используются в различных приложениях, от генераторов и двигателей до систем управления и автоматизации. С развитием технологий и увеличением требований к энергоэффективности возникает необходимость в разработке новых материалов и технологий, которые могут повысить эффективность этих преобразователей.
Они работают на основе принципа преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Основными компонентами таких систем являются статор, ротор и магнитное поле. Эффективность преобразования зависит от множества факторов, включая свойства материалов, конструкцию устройства и методы управления.
Одним из самых важных направлений является разработка новых материалов, которые могут повысить эффективность электромеханических преобразователей. К таким материалам относятся: Высокотемпературные
сверхпроводники (Н^). Это материалы, которые демонстрируют сверхпроводимость при температурах значительно выше абсолютного нуля. В отличие от традиционных сверхпроводников, которые требуют охлаждения до температур, близких к абсолютному нулю (около -273°С), могут работать при температурах выше 77 К (около -196°С), что значительно упрощает их использование и снижает затраты на охлаждение. Примеры высокотемпературных сверхпроводников:
1. Иттрий-барий-медный оксид (УБСО) - один из наиболее известных Н^, который имеет критическую температуру около 92 К.
2. Бисмут-стронций-кальций-медный оксид (BSCCO) - Этот материал имеет несколько фаз с различными критическими температурами, наиболее высокая из которых составляет около 110 К.
3. Железо-селеновые соединения - Новая группа Н^, которая демонстрирует сверхпроводимость при температурах до 55 К.
Магнитные материалы с высокой коэрцитивной силой. Такие материалы обладают способностью сохранять намагниченность даже при воздействии внешних магнитных полей. Коэрцитивная сила — это величина магнитного поля, необходимого для размагничивания материала. Чем выше коэрцитивная сила, тем труднее размагнитить материал. Их использование позволяет создавать более мощные и компактные преобразователи. Примеры магнитных материалов с высокой коэрцитивной силой:
1. Неодимовые магниты (КёБеБ) - магниты состоящие из неодима, железа и бора и обладающие очень высокой коэрцитивной силой и магнитной энергией. Они широко используются в различных приложениях, от двигателей до жестких дисков.
2. Самарий-кобальтовые магниты ^шСо) - магниты обладающие высокой устойчивостью к коррозии и температурной стабильностью, что делает их идеальными для использования в экстремальных условиях.
3. Ферритовые магниты - магниты состоящие из оксидов железа и других металлов и обладающие хорошей коэрцитивной силой и устойчивостью к коррозии. Они часто используются в динамиках и электродвигателях.
Композитные материалы. Это материалы, состоящие из двух или более различных компонентов, которые в совокупности обладают улучшенными свойствами по сравнению с каждым из компонентов в отдельности. Основные компоненты композитных материалов включают матрицу и армирующий материал. Комбинация различных материалов может привести к улучшению механических и электрических свойств преобразователей. Они обладают высокой прочностью, коррозийной стойкостью, гибкостью в дизайне, электрической изоляцией, и термостойкостью. Такие материалы активно используют в корпусах и обмотках электродвигателей и генераторов, изоляциях и оболочках трансформаторов, подшипниках электроприводов.
Кроме разработки новых материалов, важным направлением является внедрение новых технологий, которые могут повысить эффективность электромеханических преобразователей. К таким технологиям относятся:
1. Аддитивные технологии (3Э-печать): Использование 3Э-печати позволяет создавать сложные конструкции с высокой точностью, что может повысить эффективность преобразователей.
2. Нанотехнологии: Применение наноматериалов и наноструктур может значительно улучшить электрические и магнитные свойства преобразователей.
3. Интеллектуальные системы управления: Внедрение систем управления на основе искусственного интеллекта и машинного обучения позволяет оптимизировать работу преобразователей в реальном времени.
Разработка высокоэффективных электромеханических преобразователей энергии имеет широкий спектр применения. Наиболее популярную реализацию преобразователи находят в электрических транспортных средствах, возобновляемых источниках энергии, и промышленных системах автоматизации.
В заключение необходимо сказать, что разработка высокоэффективных электромеханических преобразователей энергии является важным направлением современных исследований. Использование новых материалов и технологий позволяет значительно повысить эффективность этих устройств, что имеет большое значение для энергетики и промышленности. Внедрение таких преобразователей может привести к значительным экономическим и экологическим преимуществам, способствуя устойчивому развитию и снижению энергопотребления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. StudFiles [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/7737522/page:6/;
2. Хабр. Высокотемпературные сверх проводники [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/articles/361999/;
3. Порохов Н.В. Высокотемпературные сверхпроводящие пленки для проводников третьего поколения. С 11-22;
4. Глинзбург В.Л. Высокотемпературная сверхпроводимость. С 1-11
Khokhlov D.A.
National Research University "MEI" (Smolensk, Russia)
PROPERTIES OF HIGH-PERFORMANCE MATERIALS AND THEIR APPLICATION IN ELECTROMECHANICAL ENERGY CONVERTERS
Abstract: the article discusses the properties of highly efficient materials and their application in electromechanical energy converters.
Keywords: superconductor, energy converters, material, technology, energy, electric motor, generator, transformer.