अतिचालक वैद्युत यंत्र

अतिचालक वैद्युत यंत्र वैद्युतयांत्रिकी हैं जो एक या अधिक अतिसंवाहक तत्वों के उपयोग पर निर्भर करती हैं। चूंकि अतिसंवाहक के पास प्रत्यक्ष वर्तमान विद्युत प्रतिरोध नहीं होता है, इसलिए उनके पास सामान्यतः अधिक दक्षता होती है। अतिचालक यंत्र में अत्यधिक रुचि रखने वाला सबसे महत्वपूर्ण मापदण्ड एक बहुत ही उच्च चुंबकीय क्षेत्र की पीढ़ी है जो एक पारंपरिक यंत्र में संभव नहीं है। इससे मोटर की मात्रा में काफी कमी आती है; जिसका अर्थ है बिजली घनत्व में भारी वृद्धि होती है। हालांकि, अतिसंवाहक के पास केवल एक निश्चित अतिसंवाहक संक्रमण तापमान के तहत शून्य प्रतिरोध होता है, T_c जो कि कमरे के तापमान से सैकड़ों डिग्री कम है, निम्रतापिकी की आवश्यकता होती है।

इतिहास

एकदिश धारा समध्रुवी यंत्र सबसे पुरानी वैद्युत यंत्र में से हैं। माइकल फैराडे ने 1831 में एक समध्रुवी मोटर बनाया। अतिचालक डीसी समध्रुवी यंत्र अपने स्थिर घुमावदार क्षेत्र में और सामान्य विद्युत् सुचालक अपने घूर्णन संग्रह कुंडलन में अतिसंवाहक का उपयोग करती हैं। 2005 में सामान्य परमाणु कंपनी को जहाज प्रणोदन के लिए एक बड़ी कम गति वाली अतिचालक समध्रुवी प्रेरक के निर्माण के लिए एक अनुबंध प्राप्त हुआ। अतिचालक एकध्रुवीय जनित्र को लेजर शस्त्र प्रणालियों के लिए स्पंदित शक्ति स्रोत माना जाता है। हालांकि, अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए एकध्रुवीय यंत्र व्यावहारिक नहीं रही हैं।

अतीत में, प्रयोगात्मक एसी समकालिक अतिचालक यंत्रों को कम तापमान वाले धातु अतिसंवाहक का उपयोग करके घूर्णक के साथ बनाया गया था जो द्रव हीलियम से शीतल होने पर [[उच्च तापमान अतिचालकता]] प्रदर्शित करते हैं। ये काम करते थे, हालांकि द्रव हीलियम शीतलन की उच्च लागत ने उन्हें अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए बहुत महंगा बना दिया।

हाल ही में एसी समकालिक अतिचालक यंत्र मृत्तिका घूर्णक निदेशक के साथ बनाई गई हैं जो उच्च तापमान अतिसंवाहकता प्रदर्शित करती हैं। इनके घूर्णक में द्रव नाइट्रोजन शीतल मृत्तिका अतिसंवाहक होते हैं। मृत्तिका अतिसंवाहक को उच्च तापमान या द्रव-नाइट्रोजन-तापमान अतिसंवाहक भी कहा जाता है। क्योंकि द्रव नाइट्रोजन अपेक्षाकृत सस्ती और संभालना आसान है, द्रव हीलियम ठंडा धातु अतिसंवाहक यंत्रों की तुलना में मृत्तिका अतिसंवाहक यंत्रों में अधिक रुचि है।

वर्तमान रुचि

एसी समकालिक मृत्तिका अतिचालक यंत्रों में वर्तमान रुचि बड़ी यंत्रों में है जैसे उपयोगिता और जहाज बिजली संयंत्रों में इस्तेमाल होने वाले जनित्र और जहाज प्रणोदन में इस्तेमाल होने वाली बिजली की मोटर। अमेरिकी अतिसंवाहक और नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन ने 36.5 मेगावाट मृत्तिका अतिसंवाहक विमान प्रणोदन मोटर का निर्माण और प्रदर्शन किया।

क्योंकि वे हल्के भार के हैं और इसलिए कम स्तंभ और निर्माण लागत की पेशकश करते हैं, उन्हें पवन टर्बाइनों के लिए एक आशाजनक जनित्र तकनीक के रूप में देखा जाता है। अतिचालक स्मृति जनित्र के साथ सीधा चालन समकालिक जनित्र की तुलना में जनित्र का भार और वॉल्यूम कम किया जा सकता है, जिससे पूरे टर्बाइन की लागत कम हो सकती है। पहली व्यावसायिक टर्बाइन लगभग 2020 में स्थापित होने की उम्मीद है।

अतिचालक वैद्युत यंत्रों के लाभ और हानि

एक पारंपरिक कंडक्टर यंत्र के साथ तुलना

अतिचालक वैद्युत यंत्रों में सामान्यतः निम्नलिखित लाभ होते हैं:

1. कम प्रतिरोधक हानि लेकिन केवल घूर्णक विद्युत् चुंबक में है।
2. प्रशीतन उपकरण पर विचार किए बिना प्रति शक्ति क्षमता कम आकार और भार।

इसके निम्नलिखित हानि भी हैं:

1. शीतलन प्रणाली की लागत, आकार, भार और जटिलताएं।
2. अतिसंवाहक अतिचालक चुंबक बुझाते हैं तो मोटर या जनित्र की कार्रवाई में अचानक कमी है।
3. घूर्णक गति अस्थिरता के लिए एक बड़ी प्रवृत्ति है। एक अतिचालक घूर्णक में पारंपरिक घूर्णक की अंतर्निहित नमी नहीं होती है। इसकी गति अपनी समकालिक गति के आसपास शिकार या दोलन कर सकती है।
4. मोटर दिग्मान (यांत्रिक) को ठंड का सामना करने में सक्षम होना चाहिए या ठंडे घूर्णक से अछूता रहने की जरूरत है।
5. एक तुल्यकालिक मोटर के रूप में, व्यावहारिक संचालन के लिए इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण आवश्यक है। इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण अतिशीतित घूर्णक विद्युत चुम्बक में महंगे सुसंगत हानि का परिचय देता है।

उच्च तापमान अतिसंवाहक बनाम कम तापमान अतिसंवाहक

1. उच्च-तापमान अतिचालक (HTS) अधिक आसानी से प्राप्य द्रव नाइट्रोजन तापमान पर अतिचालक बन जाते हैं, जो द्रव हीलियम की तुलना में बहुत अधिक मितिव्ययी है जो सामान्यतः निम्न-तापमान अतिचालक में उपयोग किया जाता है।
2. एचटीएस मृत्तिका हैं, और पारंपरिक धातु मिश्र धातु अतिसंवाहक जैसे नाइओबियम टाइटेनियम के सापेक्ष भंगुर हैं।
3. अतिचालक संधिस्थल बनाने के लिए मृत्तिका अतिसंवाहक को एक साथ वर्जित या वेल्ड नहीं किया जा सकता है। निर्मित होने पर मृत्तिका अतिसंवाहक को उनके अंतिम आकार में ढाला जाना चाहिए। इससे उत्पादन लागत बढ़ सकती है।
4. चुंबकीय क्षेत्र को दोलन करके मृत्तिका अतिसंवाहक को अतिसंवाहकता से अधिक आसानी से बाहर निकाला जा सकता है। यह क्षणिक स्थितियों के उपरान्त एक समस्या हो सकती है, जैसे अचानक लोड या आपूर्ति परिवर्तन के उपरान्त समस्या हो सकती है।

आगे की पढाई

• Bumby, J. R., सुपरकंडक्टिंग रोटेटिंग इलेक्ट्रिकल मशीन, ऑक्सफोर्ड: क्लेरेंडन प्रेस, 192 pages, 1983.
• Kuhlmann, J. H., Design of Electrical Apparatus, 3rd edition; New York: John Wiley & Sons, Inc., 512 pages, 1950. <Note, this book does not consider superconducting machines. However, it provides excellent detailed design information that could be used when designing a superconducting machine.>
• Tubbs, S. P., Design and Analysis of a Superconducting High Speed Synchronous/Induction Motor, ProQuest Direct Complete Database, Publication No. AAT LD03278, 227 pages, 1995. <Literature evaluation, analysis, experimental results, and a large bibliography.>

बाहरी कड़ियाँ

• American Superconductor, AC synchronous superconducting ceramic motors and generators http://www.amsc.com/