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보고서 상세정보

초전도모터 시스템 및 운용기술 개발
Development of Superconducting Motor System and Operating Technology

  • 사업명

    21C 프론티어연구개발사업

  • 과제명

    초전도모터 시스템 및 운용기술 개발

  • 주관연구기관

    한국전기연구원
    Korea Electrotechnology Research Institute

  • 연구책임자

    권영길

  • 참여연구자

    윤문수   성기철   손명환   배준한   김해종   백승규   심기덕   이언용   김석환   권운식  

  • 보고서유형

    1단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2004-07

  • 과제시작년도

    2002

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012502

  • 과제고유번호

    1350006553

  • 키워드

    초전도 모터.100마력급.고온초전도.핵심요소기술.대용량.산업적인 활용.Superconducting motor.100hp class.High-temperature superconducting.Core technologies.Large capacity.Industrial application.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Development of HTS motor design and core technologies
    - 100hp HTS motor prototype design
    - Supercondcting motor design soft...

    Development of HTS motor design and core technologies
    - 100hp HTS motor prototype design
    - Supercondcting motor design software development
    - Supercondcting motor analysis software development
    - HTS conductor selection and winding technology development
    - Development of rotor cryostat and cooling system design technologies
    - Development of precise design technologies of air-cored stator coil and slot
    - Development of quench detection and protection method
    Development of 100hp HTS prototype motor
    - Core component manufacturing of 100hp HTS prototype motor
    - Development of HTS field coil
    - Development of coolant supply system
    - Development of cryogenic rotor
    - Development of air-cored stator
    - Development of driving and control system
    - Assembling and integration of HTS motor system
    Development of superconducting motor operating and test technology
    - Establishment of superconducting motor performance test technologies
    - Cooling performance test of cryogenic rotor
    - Driving and vibration performance tests
    - Parameter evaluation by short and open circuit tests
    - Parameter evaluation by load test
    - Comparison and analysis of actual and design parameters
    - Stability test of stator at short and load conditions
    - Comparison with heat and electromagnetic analysis results


    본 연구사업의 연구개발 최종목표는 3~5MW 급의 고효율 산업용 초전도 모터 시스템을 개발하는 것으로서, 1단계 2년 9개월 동안 100마력급 고온초전도 모터 모델기를 개발하고 이 과정에서 대용량기 개발에 필요한 핵심요소기술을 확보...

    본 연구사업의 연구개발 최종목표는 3~5MW 급의 고효율 산업용 초전도 모터 시스템을 개발하는 것으로서, 1단계 2년 9개월 동안 100마력급 고온초전도 모터 모델기를 개발하고 이 과정에서 대용량기 개발에 필요한 핵심요소기술을 확보하였다.
    연구개발 1차년도에는 100마력급 고온초전도 모터를 개발하기 위한 초전도 동기모터 설계 및 계자코일의 권선기술 등 요소기술 개발이 이루어 졌고, 2차년도에는 모델기에 필요한 각 주요부품을 제작하고 그 기본적인 성능평가를 마쳤으며, 3차년도에는 제작된 부품들을 조립하고 구동장치를 제작하여 100마력 고온초전도 모터 시스템을 완성하였다. 이 과정을 통해 고온초전도 모터 설계기술과 주요부품의 기능 및 원리를 이해하여 초전도모터의 핵심요소기술을 익히고, 2단계 및 3단계에서 실용화급의 대용량 산업용 고온초전도 모터의 개발가능성을 확보했다고 여겨진다.
    본 과제는 국제적으로 일본의 Kyoto 대학과 공동연구가 진행되어서 초전도모터의 개념적인 설계 방법에서 도움을 받았다. 국내에서는 한국과학기술원, 창원대학교, 성균관대학교에서 위탁연구기관으로 참여하여 과제 기간 동안 빈번한 상호 교류와 연구자회의 등을 통하여 연구소와 학교간의 연구체계을 구축하였다. 특히, 국내의 대표적인 대용량 발전기 제작 업체인 두산중공업(주)에서 참여하게 되어, 1단계에서 개발된 100마력급의 고온초전도모터의 제작에 기여를 하였으며 향후 초전도모터의 산업적인 활용에 있어서 주도적인 역할을 할 것이다


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...3
    3. 초록 ...5
    4. 요약문 ...7
    5. SUMMARY ...11
    6. CONTENTS ...15
    7. 목차 ...21
    8. 제1장 연구개발 과제의 개요 ...27
    9. 제1절 연구개발의 목적 ...27
    10. 1. 개 요...27<...
    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...3
    3. 초록 ...5
    4. 요약문 ...7
    5. SUMMARY ...11
    6. CONTENTS ...15
    7. 목차 ...21
    8. 제1장 연구개발 과제의 개요 ...27
    9. 제1절 연구개발의 목적 ...27
    10. 1. 개 요...27
    11. 2. 고온초전도 동기모터란?...28
    12. 3. 연구개발 목적...30
    13. 제2절 연구개발의 필요성 및 범위 ...31
    14. 1. 연구개발의 필요성...31
    15. 2. 연구개발의 범위...34
    16. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...37
    17. 제1절 국외의 기술 동향 및 수준 ...37
    18. 1. 미국...37
    19. 2. 독일...42
    20. 3. 영국...43
    21. 제2절 국내의 기술 동향 및 수준 ...43
    22. 제3절 앞으로의 전망 ...45
    23. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...46
    24. 제1절 초전도 모터 설계기술 개발 ...46
    25. 1. 개요 ...46
    26. 2. 초전도 모터 설계법 고찰 ...46
    27. 가. 초전도 모터의 구조 ...46
    28. 나. 초전도 모터의 전자장 설계 개념...48
    29. 3. 100마력 고온 초전도 모터의 설계...54
    30. 가. 100마력급 고온초전도모터의 사양 검토 ...54
    31. 나. 이론적 방법에 의한 모델기 설계...56
    32. 다. 100마력급 고온초전도모터의 개념 설계 ...71
    33. 4. 100마력 고온 초전도 모터의 특성 해석 ...80
    34. 가. OPERA를 이용한 초전도 모터의 특성해석 ...80
    35. 5. 요약 ...85
    36. 제2절 초전도 모터용 계자권선 개발 ...86
    37. 1. 개요 ...86
    38. 2. 초전도 모터용 도체 평가 기법 개발...86
    39. 가. 짧은 도체의 특성 평가...86
    40. 나. 인장력, 굽힘 응력 및 자장에 따른 Ic 특성...87
    41. 다. 샘플 코일의 Ic 측정 ...91
    42. 라. 장선의 Ic 측정 ...92
    43. 마. 접합의 I-V 특성...93
    44. 바. 결론 ...95
    45. 3. 계자코일 설계 및 제작기법 개발 ...96
    46. 가. 고온 초전도도체를 고려한 계지코일의 최적구조 설계 ...96
    47. 나. 계자코일 제작 ...105
    48. 4. 100마력 고온 초전도 모터용 계자코일의 성능평가 ...117
    49. 가. Sub coil 평가 ...117
    50. 나. Field winding 조립 후 성능평가 ...118
    51. 다. Field winding의 Joule 열 ...120
    52. 5. 요약 ...122
    53. 제3절 초전도 모터의 회전자 개발 ...123
    54. 1. 개요 ...123
    55. 2. 초전도 모터의 회전자 용기 구조 ...123
    56. 가. 자료 조사 ...123
    57. 나. 회전자 용기의 설계 ...124
    58. 다. 토오크 튜브 축의 설계 ...129
    59. 라. 제작한 토크 튜브의 비틀림 강도 실험 ...132
    60. 3. 회전자의 냉각구조 ...136
    61. 가. 열 침입 량 계산 ...138
    62. 나. 계자코일의 운전온도 및 토크튜브 형상에 따른 열 침입량 ...138
    63. 다. 냉매유량, 열교환기 형상 및 냉매 주입 방법에 따른 HTS 계자코일 내의 온도 분포 ...140
    64. 4. 100마력 고온 초전도 모터의 회전자 제작 ...141
    65. 가. 계자권선 모듈 제작 및 조립 ...141
    66. 나. 회전자 외통 제작 및 조립 ...146
    67. 다. 회전자 진동해석 ...153
    68. 5. 요약 ...157
    69. 제4절 냉각시스템 개발 ...158
    70. 1. 개요 ...158
    71. 2. 냉각시스템의 선정 ...158
    72. 가. 냉동기의 선정 ...159
    73. 3. 냉동기를 이용한 네온 액화기 설계 및 제작 ...160
    74. 가. 진공쳄버 ...161
    75. 나. 응축기 ...161
    76. 다. 액화 용기 ...162
    77. 라. 진공 펌프 ...163
    78. 마. 온도센서, 히터 ...164
    79. 4. 네온액화기 성능평가 ...165
    80. 가. 실험 방법 ...165
    81. 나. 실험 결과 ...166
    82. 5. 요약 ...172
    83. 6. 추가 검토 사항 ...173
    84. 제5절 초전도 모터의 고정자 개발 ...175
    85. 1. 개요 ...175
    86. 2. 100마력 초전도 모터용 고정자 구조 설계 ...175
    87. 가. 100마력급 모델기용 고정자 개념 설계 ...175
    88. 나. 고정자 냉각구조 설계 ...179
    89. 3. 100마력 초전도 모터용 고정자 제작 ...182
    90. 가. 100마력 초전도 모터용 고정자 제작 ...182
    91. 나. 100마력 초전도 모터용 고정자 검사 ...185
    92. 4. 요약 ...187
    93. 제6절 구동 및 감시제어 시스템 개발 ...188
    94. 1. 개요 ...188
    95. 2. 감시제어 시스템 설계 및 제작 ...188
    96. 가. 제어부분의 전체적 방법 모색 및 계략도 ...189
    97. 나. 속도 검출 센서 ...191
    98. 다. 온도 및 자장 센서 ...194
    99. 3. 구동장치 설계 및 제작 ...195
    100. 가. 구동 시스템의 구성 ...195
    101. 나. 구동 장치의 선정 ...197
    102. 4. 요약 ...202
    103. 제7절 100마력 고온 초전도 모터 조립 및 성능 평가 ...203
    104. 1. 개요 ...203
    105. 2. 고온 초전도 모터 조립 ...203
    106. 3. 냉각 특성 ...211
    107. 4. 전기적 특성 평가 ...213
    108. 가. 무부하 특성 평가 ...213
    109. 나. 부하특성평가 ...218
    110. 5. 초전도 모터 운전결과 검토 ...219
    111. 가. 발전기로 운전 시 결과 검토 ...219
    112. 나. 모터로서 운전 시 결과 검토 ...222
    113. 6. 요약 ...229
    114. 제8절 대용량 고온 초전도 모터 설계 및 성능 해석 ...230
    115. 1. 개요 ...230
    116. 2. 1MW 고온 초전도 모터 설계 ...230
    117. 가. 1MW급 고온 초전도 모터의 사양 결정 ...230
    118. 나. 설계 변수에 따른 설계안 검토 ...231
    119. 3. 1MW 고온 초전도 모터 성능해석 ...237
    120. 가. 자장 해석을 통한 설계안 검토 ...237
    121. 제9절 결론 ...242
    122. 제4장 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ...244
    123. 제1절 연구개발 목표의 달성도 ...244
    124. 제2절 대외 기여도 ...250
    125. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...252
    126. 제1절 추가 연구의 필요성 ...252
    127. 제2절 타 연구에의 응용 ...252
    128. 제3절 기업화 추진 방향 ...253
    129. 제6장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학 기술정보 ...255
    130. 제7장 참고 문헌 ...257
    131. 부록 ...260
    132. I. 위탁과제보고서 ...260
    133. A. 창원대학교 ...262
    134. B. 성균관대학교 ...291
    135. C. 부산대학교 ...313
    136. D. 한국과학기술원 ...335
    137. E. Kyoto University ...363
  • 참고문헌

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