ابررسانایی:
درسال 1908 وقتي كمرلينگ اونز هلندي در دانشگاه ليدن موفق به توليد هليوممايع گرديد حاصل شد كه با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود يكدرجه كلوين برسد.
يكي از اولينبررسي هايي كه اونز با اين درجه حرارت پايين قابل دسترسي انجام داد مطالعهتغييرات مقاومت الكتريكي فلزات بر حسب درجه حرارت بود. چندين سال قبل ازآن معلوم شده بود كه مقاومت فلزات وقتي دماي آنها به پايين تر از دماياتاق برسد كاهش پيدا مي كند. اما معلوم نبود كه اگر درجه حرارت تا حدودكلوين تنزل يابد مقاومت تا چه حد كاهش پيدا مي كند. آقاي اونز كه باپلاتينيم كار مي كرد متوجه شد كه مقاومت نمونه سرد تا يك مقدار كم كاهشپيدا مي كرد كه اين كاهش به خلوص نمونه بستگي داشت. در آن زمان خالص ترينفلز قابل دسترس جيوه بود و در تلاش براي بدست آوردن رفتار فلز خيلي خالصاونز مقاومت جيوه خالص را اندازه گرفت.او متوجه شد كه در درجه حرارت خيليپايين مقاومت جيوه تا حد غير قابل اندازه گيري كاهش پيدا مي كند كه البتهاين موضوع زياد شگفت انگيز نبود اما نحوه از بين رفتن مقاومت غير منتظرهمي نمود.موقعي كه درجه حرارت به سمت صفر تنزل داده مي شود به جاي اينكهمقاومت به ارامي كاهش يابد در درجه حرارت 4 كلوين ناگهان افت مي كرد وپايين تر ازاين درجه حرارت جيوه هيچگونه مقاومتي از خود نشان نمي داد.همچنين اين گذار ناگهاني به حالت بي مقاومتي فقط مربوط به خواص فلزات نميشد و حتي اگر جيوه ناخالص بود اتفاق مي افتاد.آقاي اونز قبول كرد كه پايينتر از 4 كلوين جيوه به يك حالت ديگري از خواص الكتريكي كه كاملا با حالتشناخته شده قبلي متفاوت بود رفته است و اين حالت تازه (( حالت ابر رسانايي)) نام گرفت.
بعدا كشف شد كهابررسانايي را مي توان از بين برد ( يعني مقاومت الكتريكي را مي توانمجددا بازگردانيد.) و در نتيجه معلوم شد كه اگر يك ميدان مغناطيسي قوي بهفلز اعمال شود اين فلز در حالت ابررسانايي داراي خواص مغناطيسي بسيارمتفاوتي با حالت درجه حرارتهاي معمولي مي باشد.
تاكنونمشخص شده است كه نصف عناصر فلزي و همچنين چندين آلياژ در درجه حرارت هايپايين ابر رسانا مي شوند. فلزاتي كه ابررسانايي را در درجه حرارت هايپايين از خود نشان مي دهند ( ابر رسانا ) ناميده مي شوند. سالهاي بسياريتصور مي شد كه تمام ابررسانا ها بر طبق يك اصول فيزيكي مشابه رفتار ميكنند. اما اكنون ثابت شده است كه دو نوع ابررسانا وجود دارد كه به نوع I وII مشهور مي باشد. اغلب عناصري كه ابررسانا هستند ابررسانايي از نوع I رااز خود نشان مي دهند.در صورتي كه آلياژها عموما ابررسانايي از نوع II رااز خود نشان مي دهند. اين دو نوع چندين خاصيت مشابه دارند. اما رفتارمغناطيسي بسيار متفاوتي از خود بروز مي دهند.
پديدهي ابر رساناييدر تكنولوژي از توانايي گستردهاي بر خوردار است زيرا بر پايهي اين پديده بارهاي الكتريكي مي توانند بدون تلفات گرمايي از يك رساناعبور كنند. به طور مثال جريان القا شده در يك حلقه ي ابر رسانا بدون وجودهيچ باطري در مدار به مدت چند سال بدون كاهش باقي مي ماند.براي نمونه درواشنگتن از يك خلقه ابر رساناي بزرگ براي ذخيره كردن انرژي الكتريكي در تكوما استفاده مي شود. ذخيره ي انرژي در اين حلقه تا 5 مگاوات بالا مي رودو انرژي در مدت مورد نظر آزاد مي شود.
عمدهمشكل ايجاد كردن شرايط براي اين پديده دماي بسيار پايين آن مي باشد كهبايد دماهاي بسيار پايين را محيا كرد . اما در سال 1986 مواد سراميكيجديدي كشف شد كه در دماهاي بالاتري توا نايي ابر رسانايي را داشته باشد.(تا اكنون در دماي 138 درجه كلوين اين امر ميسر شده است .)
كاربردهاي ابر رسانايي :
كاربردهايزيادي را براي ابررساناهادر نظر گرفته است بعنوان مثال استفاده از ابررساناها باعث خواهد شدكه مدار ماهواره هاي چرخنده به دور زمين با دقتبسياربالايي كنترل شوند . خاصيت اصلي ابر رساناها به دليل نداشتن مقاومتالكتريكي امكان انتقال جريان الكتريكي – حجم كوچكي از ابررسانا است .بهمين خاطر اگر بجاي سيمهاي مسي از ابر رساناها استفاده شود ،موتورهايفضاپيماها تا 6 برابر نسبت به موتورهاي فعلي سبكتر خواهند شد و باعث ميشود كه وزن و فضاپيما بسيار كاهش يابد .

از ديگر زمينه هايي كهابررساناها مي توانند نقش اساسي در آنها بازي مي كنند مي توان كاوشهايبعدي انسان از فضارا نام برد . ابررساناها بهترين گزينه براي توليدوانتقال بسياركارآمد انرژي الكتريكي هستند و طي شبهاي طولاني ماه كه دماتا 173- درجه سانتي گراد پايين مي آيد و طي ماههاي ژانويه تا مارسدستگاههاي MRI ساخته شده ازسيمهاي ابررسانا ، ابزار تشخيص دقيق وتوانمنديدر خدمت سلامت خدمه فضاپيما خواهد بود . و همچنين ساخت ابر كامپيوتر هايبسيار كوچك و كم مصرف مي باشد.



چیست ؟SMES
Superconducting Mgnetic Enrgy Storage

ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی
وسیلهای است برای ذخیره کردن انرژی و بهبود پایداری سیستم و کم کردن نوسانات.این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجاد می شود ذخیرهمی شود.





این وسیله می تواند هزاران بارشارژ و دشارژ شود بدون اینکه تغییری در مغناطیس آن ایجاد شود .

SMES اولین سیستم

اولیننظرییه ها در مورد این سیستم توسط فرریهFerrier در سال 1969 مطرح شد اوسیم پچی بزرگ مارپیچی که توانایی ذخیره انرژی روزانه کل فرانسه داشتپیشنهاد کرد. که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن کسی پیگیری نکرد.
درسال 1971 تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین برای فهمیدن بحثهایبنیادی اثر متقابل مابین انرژی ذخیره شده و سیستم های چند فازه منجربهساخت اولین دستگاه شد.
هیتاچی در سال 1986 یک دستگاه SMES به میزان 5MJ را ساخت وآزمایش کرد.در سال 1998 یک SMES 100KWH توسط ISTEC در ژاپن ساخته شد.

SMES و مدل سازی آن

یکواحد SMES که در سیستمهای قدرت بکار گزفته میشود از یک سیم پیچ بزرگابررسانا و یک سیستم سرد کننده هلیم به منظور نگهداری دمای هلیم در زیردمای بحرانی تشکیل شده است. سیم پیچ ابررسانا از طریق دو مبدل AC/DC ششتریسیتور و یک ترانسفورماتور قدرت سه سیم پیچه کاهنده به سیستم قدزت متصلاست.
در شکل اندوکتانس L به عنوان بار در قسمت DC در منطقه کنترل دما قرار می گیرد.و مبدلهای AC/DC در خارج این منطقه قرار می گیرند.
باکنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ DC دو سر سیم پیچ ابر رسانا را میتوانبه طور پیوسته در بازه ی وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت ومنفی کنترل کرد.اگز از تلفات جزیی سیستم صرفنظر کنیم بر اساس تئوری مبدل ها داریم:





که در آن Edولتاژ دو سرسیم پیچ Ed ولتاژماکزیمم دو سر سیم پیچ در بی باری ، Idجریانسیم پیچ ابر رسانا ، xc راکتانس کموتاسیون همگی بر حسب pu و a زاویه آتشمی باشد مشخصه کاری SMES دارای دو حالت یکسوسازی و اینورتری می باشد .معمولاً این پریود در زاویه آتش صفر یعنی حداکثر ولتاژ اجام می شود.درحالت اینورتری انرژی مغناطیسی ذخیره شده در سیم پیچ به شکل الکتریکی واردشبکه می گردد.
شکل زیر بلوکدیاگرام مدل SMES را نشان می دهد . ولتاژ Ed دو سر سیم سیم پیچ به عنوانعامل کنترل توان مورد استفاه قرار می گیرد. بسته به نوع کاربرد SMES یکیاز کمیت های تغییر فرکانس شبکه تغییر سرعت ماشین سنکرون ، تغییرات ولتاژشبکه و... به عنوان ورودی به SMES انتخاب می شود . خروجی SMES نیز تواندریافتی می باشد.در این شکل Tdc تاخیر زمانی مبدل،Kf بهره حلقه کنترل و Lاندوکتانس سیم پیچ می باشد.معمولا پس از تخلیه انرژی SMES زمان زیادی لازماست تا جریان به حالت اولیه بر می گردد،به منظور رفع این مشکل میتوان ازیک فیدبک تغییر جریان استفاده کرد.بدین ترتیب SMES را در مطالعات دینامیکیمی توان با این مدل غیر خطی مرتبه دوم توصیف کرد.
  • ابررسانایی
اجسامابررسانا ظرفیت ذخیزه را افزایش می دهند ،در دماهای پایین اجسام ابررسانادر مقابل عبور جریان از خود مقاومتی نشان نمی دهند .به هر حال کاربردابرسانا ها توسط عواملی چون وضعیت کاهش دما ، میدان مغناطیسی بحرانی وچگالی جریان بحرانی محدود میشود.


SMES انرژی الکتریکی را در میدانمغناطیسی ناشی از جریانDC جاری در سیم پیچ ذخیر می شود. اگر سیم پیچ ازموادی مثل مس باشد انرژی مغناطیسی زیادی در سیم به خاطر مقاومت بیهوده تلفمی شود ؛ اگر سیم از جنس ابر رسانا باشد انرژی در حالت (( پایا)) وتازمانی که لازم است ذخیره شود. ابررساناها در مقابل جریان DC مقاومت ندارندو به همین دلیل در دمای پایین تلفات اهمی ا محو میکنند در کابرد AC جریانالکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات میتواند با طراحی مناسب کاهش پیداکند. برای هر دوحالت کاری AC DC انرژی زیادی ذخیره میشود.