Supravodivost (9)

Supravodivost (9)

prof. Václav Černý

Kompenzované pulsní alternátory (CPA)

CPA (Compensated Pulse Alternators, kompenzované pulsní alternátory) jsou kompaktní rotační zdroje série střídavých velkých pulsů. Byly patentovány v USA v roce 1980. CPA je multifunkční zařízení, které nahromadí kinetickou energii v rotoru, přemění ji na elektrickou energii a vhodně uspořádaným kompenzačním vinutím nebo kompenzačním štítem vytvoří tvar výstupního pulsu. Přirozený průchod střídavého pulsu nulou zmenšuje nároky na spínače. CPA umožňují dosahovat větších hodnot parametrů než HPG.

Obr. 30. Supravodivý pulsní homopolární generátor 500 V, 500 kA, 3,25 MJ; 1 – vnější vakuová nádoba, 2 – vnitřní nádoba chlazená LHe, 3 – supravodivá cívka, 4 – ochranný štít a izolace chlazená LN2, 5 – hliníkový stator protékaný pracovním proudem, 6 – terminály, 7 – proud zátěže, 8 – keramicky izolované ložisko, 9 – kartáče na motorový rozběh, 10 – hřídelové ucpávky, 11 – keramicky izolované hliníkové diskové rotory, 12 – vnější a vnitřní kartáče, 13 – keramicky izolovaná hřídel z korozivzdorné oceli, 14 – výstupní sběrnice

Stejně jako u konvenčních alternátorů se napětí u CPA indukuje relativním pohybem vodičů kotvy v magnetickém poli. Mezi budicím vinutím a kotvou je však vloženo kompenzační vinutí nebo kompenzační štít (spojitý nebo nespojitý), přičemž tyto kompenzační prvky mají vzhledem k budicímu vinutí vždy nulovou rychlost. Na obr. 31 je vzduchový CPA 250 MJ s rotující kotvou a na obr. 32 jeho schematický řez. Průběh výsledného pulsu je na obr. 33.

Obr. 31. Vzduchový CPA 250 MJ s rotující kotvou
Obr. 32. Schematický řez vzduchovým CPA 250 MJ s rotující kotvou, stojícím budicím a stojícím kompenzačním vinutím
Obr. 33. Výstupní puls vzduchového CPA 250 MJ I_k – proud kotvy, I_c – proud kompenzačního vinutí

U CPA byly zavedeny převratné konstrukční a technologické novinky, zejména u vzduchových strojů bez železných magnetických obvodů. Například vinutí statoru i rotoru jsou nalepena v radiálně tenké vrstvě na povrchu hladkého statoru nebo rotoru novou epoxidovou lepicí technologií. Tím se zvyšuje indukované napětí, vazba kotvy a buzení, jakož i indukce ve vzduchové mezeře. Rotující části, ve kterých se akumuluje kinetická energie, jsou z vyztužených kompozitů, které mají velký poměr pevnosti k měrné hmotnosti, velký modul pružnosti a velký modul útlumu oscilací. To vše umožňuje provoz v nadkritických otáčkách. Obvodové rychlosti jsou ve srovnání s feromagnetickými stroji až trojnásobné a nahromadění kinetické energie je podstatně větší. Stojící kotoučové cívky jsou chlazeny kapalným dusíkem, rotor kapalným heliem.

Elektromagnetické pulsní alternátory byly vyvinuty jako zdroje pulsní energie pro elektromagnetické zbraně a jako zdroje pro odpalovací katapulty letadel na letadlových lodích.

(pokračování)