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연구개요
본 연구과제에서 제시하는 고온초전도 회전기는 “능동형 비접촉식 여자장치”가 회전기 회전자의 동일 축 상에 결합되는 구조로 인하여 외부 전원 없이 비접촉 방식으로 계자전류를 충·방전 그리고 영구전류 모드 운전을 위한 능동제어가 가능하고 “초전도 코일 안정화 권선기법”을 적용한 계자권선이 설치되어 그 안정도 및 운전 신뢰성을 획기적으로 향상 가능한 새로운 구조의 융복합 시스템 기술로서 세계 최초로 제안되는 혁신 기술임.

연구 목표대비 연구결과
최종적으로 무절연 고온초전도 계자권선을 적용한 10 kW급 고

연구개요
본 연구과제에서 제시하는 고온초전도 회전기는 “능동형 비접촉식 여자장치”가 회전기 회전자의 동일 축 상에 결합되는 구조로 인하여 외부 전원 없이 비접촉 방식으로 계자전류를 충·방전 그리고 영구전류 모드 운전을 위한 능동제어가 가능하고 “초전도 코일 안정화 권선기법”을 적용한 계자권선이 설치되어 그 안정도 및 운전 신뢰성을 획기적으로 향상 가능한 새로운 구조의 융복합 시스템 기술로서 세계 최초로 제안되는 혁신 기술임.

연구 목표대비 연구결과
최종적으로 무절연 고온초전도 계자권선을 적용한 10 kW급 고온초전도 회전기와 100 A급 영구자석 능동회전형 비접촉식 계자 여자기를 탑재한 회전기 특성 평가 장치 개발을 완료함.
본 연구개발 과제를 통해 달성한 주요 연구결과는 다음과 같음 :
안정화 권선기법이 적용된 소형코일 제작 및 기초 특성 시험 완료
안정화 권선 기법이 적용된 계자 코일 모듈을 제작 및 다양한 냉각 환경과 온도에서 특성 시험 수행 완료
고온초전도 선재 제조사별 비접촉식 전류 충전 특성 비교 시험 수행 완료
절연 및 무절연 코일의 비접촉식 충전 특성 비교 시험 완료
열퀜치 기준의 외란환경에서 비접촉식 전류 충전에 의한 초전도 코일 안정화 특성 시험 완료
초전도 계자코일의 다양한 운전 시나리오를 가정한 비접촉식 충전/제어 시험 완료
하이브리드 전자석을 적용한 능동형 비접촉식 충전 장치 설계 및 제작 완료
하이브리드 전자석 파라미터를 이용한 초전도 계자 코일의 비접촉 전류 충전 특성 해석 완료
하이브리드 전자석 파라미터를 이용한 초전도 계자 코일의 열퀜치 외란환경에서의 보호특성 해석 완료
영구자석 능동회전형 비접촉식 계자 여자기를 이용한 전류 충전/제어 특성 실험 수행 완료
영구자석 능동회전형 비접촉식 계자 여자기를 이용한 자기적/열적 외란환경에서 초전도 계자권선 전류 제어 성능 및 보호 성능 시험 수행 완료
유한요소 전자장 해석을 사용한 다양한 안정화 권선기법이 적용된 소형급 초전도 회전기 시스템 설계 비교 및 설계안 도출 완료
무절연 계자권선 및 Cryogenic rotary seal을 적용한 극저온 냉각조를 이용한 고온초전도 회전기용 특성평가 장치 제작 완료
Cryogenic rotary seal을 적용한 극저온 냉각조의 진공단열 및 냉각 특성 실험 수행 완료

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
3년간의 과제수행을 통하여 성공적으로 개발 완료된 비접촉식 회전형 여자장치로 충전 및 운전되는 소용량 고온초전도 회전기를 후속연구의 기초 데이터베이스로 활용하기 위하여 추가적인 성능 시험을 진행할 예정이며 해당 결과들은 바탕으로 비접촉식 여자장치의 능동제어 알고리즘 개발에 중점적으로 활용될 계획임.
최종적으로 무절연 고온초전도 계자극과 영구자석 능동회전형 비접촉식 계자 여자기를 탑재한 회전기 특성 평가 장치를 개발하고 다양한 운전 특성 실험을 수행하여 scale-up 연구를 위한 핵심 운전 파라미터를 확보함. 특히, 계자 권선 정지 시 초기 여자 및 회전 운전 시 여자전류의 제어 등의 능동 전류 제어 기능을 추가 구현하여 기존 개발 기술의 단점을 보완하였음. 이를 바탕으로 선박추진 및 풍력 발전 등의 다양한 초전도 회전기 응용 시스템의 효율성, 안정성, 제어성, 경제성 향상에 기여할 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 능동형 비접촉식 전류 충전/제어 시스템의 필요성 ... 4
• 2) 초전도 코일 안정화 권선 기법의 필요성 ... 4
• 3) 연구개발과제의 혁신성 ... 4
• 4) 능동형 비접촉식 전류 충전/제어 시스템 및 초전도 코일 안정화 권선 기법을 적용한 고온초전도 회전기 개발의 혁신성 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 1차년도 연구개발내용 ... 6
• 2) 2차년도 연구개발내용 ... 9
• 4) 3차년도 연구개발내용 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 25
• 끝페이지 ... 35