ANALIZA NUMERYCZNA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W PRZEPUSTACH PRĄDOWYCH HTS Z UWZGLĘDNIENIEM ZJAWISKA HISTEREZY

Podobne dokumenty
ANALIZA NUMERYCZNA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W TAŚMACH HTS Z UWZGLĘDNIENIEM ZJAWISKA HISTEREZY

SYMULACJA KOMPUTEROWA MATERIAŁÓW HTS Z UŻYCIEM PSPICE

ZASTOSOWANIE MONOLITYCZNYCH NADPRZEWODNIKÓW WYSOKOTEMPERATUROWYCH W MASZYNACH ELEKTRYCZNYCH

PRĄD W ZWARTYM UZWOJENIU WTÓRNYM NADPRZEWODNIKOWEGO OGRANICZNIKA PRĄDU TYPU INDUKCYJNEGO

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Ograniczniki prądu z wysokotemperaturowymi elementami nadprzewodnikowymi

BADANIA ELEKTROMAGNESÓW NADPRZEWODNIKOWYCH W PROCESIE ICH WYTWARZANIA I EKSPLOATACJI

ZASTOSOWANIE PAKIETU FLUX2D DO ANALIZY POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO I TEMPERATURY W NAGRZEWNICY INDUKCYJNEJ DO WSADÓW PŁASKICH

WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

Zwój nad przewodzącą płytą

WYZNACZANIE STRAT W RDZENIU SILNIKA MAŁEJ MOCY, Z UWZGLĘDNIENIEM STREFY MATERIAŁU ZNISZCZONEGO W WYNIKU WYKRAWANIA MECHANICZNEGO

ANALIZA ZAMROŻONEGO STRUMIENIA W NADPRZEWODNIKACH WYSOKOTEMPERATUROWYCH

Aparatura niskich, średnich i wysokich napięć

Polowe wyznaczanie parametrów łożyska magnetycznego w przypadku różnych uzwojeń stojana

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie transformatora jednofazowego

Kierunek i rodzaj studiów (Specjalność) Rodzaj pracy Nazwa jednostki Opiekun pracy Temat pracy (j.polski i j.angielski)

Badanie transformatora

INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI BADANIE TRANSFORMATORA. Autor: Grzegorz Lenc, Strona 1/11

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć. Dr hab.

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Badanie transformatora

Indukcja wzajemna. Transformator. dr inż. Romuald Kędzierski

Badania wpływu pola magnetycznego magnesów trwałych na prąd krytyczny taśm nadprzewodnikowych HTS

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

MODELOWANIE ZJAWISKA MAGNESOWANIA SWOBODNEGO I WYMUSZONEGO W TRANSFORMATORACH TRÓJFAZOWYCH

Comparative studies of energy dissipation minimum in BSCCO-2223 and YBCO-123 HTS tapes

Lekcja 59. Histereza magnetyczna

OBLICZENIA I POMIARY PRZEBIEGÓW PRĄDÓW I NAPIĘĆ W ALTERNATORZE KŁOWYM W STANIE OBCIĄśENIA

KOMPUTEROWA SYMULACJA ROZKŁADU NAPIĘĆ RAŻENIOWYCH W TYPOWEJ STACJI ELEKTROENERGETYCZNEJ 110/15KV

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

OBLICZENIA POLOWE SILNIKA PRZEŁĄCZALNEGO RELUKTANCYJNEGO (SRM) W CELU JEGO OPTYMALIZACJI

MODELOWANIE OBWODU MAGNETYCZNEGO MAGNETOSTRYKCYJNEGO PRZETWORNIKA MOMENTU OBROTOWEGO W ŚRODOWISKU COMSOL

2. Struktura programu MotorSolve. Paweł Witczak, Instytut Mechatroniki i Systemów Informatycznych PŁ

Lubelskie Towarzystwo Naukowe. Oddział Lubelski Polskiego Towarzystwa Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej

ZJAWISKA CIEPLNE W MODELU MASZYNY SYNCHRONICZNEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

POMIAR STRATNOŚCI PRÓBEK BLACH ELEKTROTECHNICZNYCH W ZAKRESIE DUŻYCH NATĘŻEŃ POLA

Komputerowe wspomaganie projektowania stanowiska badawczego

Temat: MontaŜ mechaniczny przekaźników, radiatorów i transformatorów

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

PROJEKT STANOWISKA LABORATORYJNEGO DO WIZUALIZACJI PRZEBIEGÓW SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ TRANSFORMACJI

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

Wykład V OBWODY MAGNETYCZNE PRĄDU STAŁEGO

KOAKSJALNY MAGNETOKUMULACYJNY GENERATOR PRĄDU

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

Teoria pola elektromagnetycznego 1. Wprowadzenie


WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

MAGNETO Sp. z o.o. Możliwości wykorzystania taśm nanokrystalicznych oraz amorficznych

PORÓWNANIE ANALIZY POLA W PRZESTRZENI 2D I 3D W AKTYWNYM ŁOŻYSKU MAGNETYCZNYM *)

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE POWIERZCHNI PŁASKICH

ANALIZA POLOWA I OBWODOWA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI STEROWANEGO REGULATOREM HISTEREZOWYM

BADANIE STABILNOŚCI TURBOGENERATORA PRZY ZMIANACH OBCIĄśENIA

Materiały magnetycznie miękkie i ich zastosowanie w zmiennych polach magnetycznych. Jacek Mostowicz

Elementy indukcyjne. Konstrukcja i właściwości

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

MOMENT ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM

BADANIE WPŁYWU GRUBOŚCI SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W OPARCIU O OBLICZENIA POLOWE

Katarzyna Jesionek Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych.

ANALIZA ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO W KADŁUBIE OKRĘTU Z CEWKAMI UKŁADU DEMAGNETYZACYJNEGO

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

WPŁYW POŁĄCZEŃ UZWOJEŃ BIEGUNÓW W AKTYWNYM ŁOŻYSKU MAGNETYCZNYM NA JEGO PARAMETRY ELEKTROMAGNETYCZNE

Elektromagnesy prądu stałego cz. 1

Grzegorz Komarzyniec. Prąd włączania transformatorów nadprzewodnikowych

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych

MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.


MATEMATYCZNY MODEL PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ZASTOSOWANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH DO WYZNACZANIA PARAMETRÓW ELEKTROMAGNETYCZNYCH SILNIKA PMSM

Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora

ANALIZA POLA MAGNETYCZNEGO W TRANSFORMATORZE TOROIDALNYM HTS

Konstrukcje Maszyn Elektrycznych

MODELOWANIE UKŁADU REGULACJI MOCY CZYNNEJ TURBOGENERATORA

DRGANIA ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYCH SILNIKACH SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY

ZNACZENIE ZJAWISK TERMICZNYCH W NIEUSTALONYCH STANACH ELEKTROMECHANICZNYCH SILNIKÓW DWUKLATKOWYCH

Oddziaływanie wirnika

ELEKTROMAGNETYCZNE PRZETWORNIKI ENERGII DRGAŃ AMORTYZATORA MAGNETOREOLOGICZNEGO

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

( L ) I. Zagadnienia. II. Zadania

MODELOWANIE NIEUSTALONYCH ZJAWISK CIEPLNYCH W TRANSFORMATORZE IMPULSOWYM W UJĘCIU POLOWYM

NADPRZEWODNIKOWE MASZYNY ELEKTRYCZNE W NAPĘDACH JEDNOSTEK PŁYWAJĄCYCH

MODELOWANIE NUMERYCZNE POLA PRZEPŁYWU WOKÓŁ BUDYNKÓW

Wpływ składowej tętniącej prądu na nagrzewanie elementów mocujących przewody elektryczne

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

PRĄDNICE SYNCHRONICZNE Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O MAŁEJ ZMIENNOŚCI NAPIĘCIA WYJŚCIOWEGO

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Bezrdzeniowy silnik tarczowy wzbudzany magnesami trwałymi w układzie Halbacha

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Prawa Maxwella. C o p y rig h t b y p lec iu g 2.p l

O różnych urządzeniach elektrycznych

Detekcja asymetrii szczeliny powietrznej w generatorze ze wzbudzeniem od magnesów trwałych, bazująca na analizie częstotliwościowej prądu

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Temat XXIV. Prawo Faradaya

Transkrypt:

ANALIZA NUMERYCZNA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W PRZEPUSTACH PRĄDOWYCH HTS Z UWZGLĘDNIENIEM ZJAWISKA HISTEREZY Dariusz CZERWIŃSKI, Leszek JAROSZYŃSKI Politechnika Lubelska, Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii 20-618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 38A, d.czerwinski@pollub.pl Numerical analysis of electromagnetic field in HTS power leads with hysteresis consideration Abstract: Modern superconducting devices have many parts built of high temperature superconductors. Numerical model of magnetic hysteresis in HTS superconductors can greatly improve the analysis of phenomena in superconductors and superconducting devices. The authors present results of numerical calculations of electromagnetic field in HTS power leads, considering magnetic hysteresis in high temperature superconductors. Keywords: AC power losses, high temperature superconductors, FEM modeling 1. WSTĘP Nowoczesne urządzenia nadprzewodnikowe posiadają wiele części zbudowanych z nadprzewodników wysokotemperaturowych. Nadprzewodniki HTS oraz matryce są częściowo przenikane przez zewnętrzny strumień magnetyczny. W stanie mieszanym nadprzewodnika HTS, wiry strumienia magnetycznego są unieruchomione i przyczepione do pewnych miejsc zwanych centrami kotwiczenia. Prąd transportu oraz zewnętrzne pole magnetyczne są decydującymi czynniki ruchu wirów strumienia magnetycznego. Analiza pola elektromagnetycznego w czasie pracy urządzenia nadprzewodnikowego pozwoliłaby na pełniejsze zrozumienie fizycznych zjawisk zachodzących w przepustach prądowych HTS. Ponad to możliwe by było określenie zmiennoprądowych strat mocy przy przepływie prądu przemiennego przez przepust.

2. TAŚMY NADPRZEWODNIKOWE 2G Największe zastosowanie w konstrukcji urządzeń nadprzewodnikowych mają taśmy nadprzewodnikowe, które najczęściej wykorzystywane są przy budowie uzwojeń. [1] Taśma nadprzewodnikowa składa się zazwyczaj z metalowej matrycy, w której umieszczone są włókna nadprzewodnika wysokotemperaturowego. Obecnie produkowane są taśmy tak zwanej drugiej generacji (2G), które to mają napyloną warstwę nadprzewodnika HTS na podłożu metalicznym (rys.1). Rys.1. Taśma wykonana z nadprzewodnika wysokotemperaturowego HTS Początkowo taśmy na bazie nadprzewodników HTS nie posiadały tak dobrych parametrów pracy jak taśmy LTS. Sytuacja ta jednak się ostatnimi laty zmieniła. Wraz z rozwojem technologii produkcji nadprzewodników HTS powstały taśmy, których parametry krytyczne nie odbiegają od tych produkowanych na bazie nadprzewodników niskotemperaturowych (rys. 2.). Rys.2. Rozwój taśm HTS produkowanych przez AMSC [1] 123

3. PRZEPUSTY PRĄDOWE WYKONANE Z TAŚM HTS Przepusty prądowe to element dostarczający energię elektryczną do urządzeń nadprzewodnikowych. Przepusty można podzielić na konwencjonalne, wykonane w całości z miedzi oraz przepusty nadprzewodnikowe, wykonane w części z materiału nadprzewodnikowego. Często można również spotkać konstrukcję przepustu opartą o taśmy nadprzewodnikowe HTS. taśmy HTS Stal nierdzewna Rys.3. Przepusty prądowe wykonane na bazie taśm nadprzewodnikowych HTS Przykładowa konstrukcja takiego przepustu została przedstawiona na rysunku 3. Rys.4. Przepusty prądowe wykonane z taśm Bi 2223 [2] Występują również praktyczne rozwiązania przepustów wykonanych z taśm nadprzewodnikowych HTS. Jedno z takich rozwiązań oparte o taśmy Bi 2223 zostało przedstawione na rysunku 4. 124

3.1. Histereza magnetyczna w nadprzewodnikach HTS Histereza magnetyczna w nadprzewodnikach wysokotemperaturowych została uwzględniona nie w postaci pętli histerezy, ale w postaci pierwotnej krzywej magnesowania. Ponieważ autorzy nie dysponowali danymi pochodzącymi z pomiarów laboratoryjnych posłużyli się danymi literaturowymi taśmy Bi2223/Ag. [3] Rys.5. Rodzina pętli dla taśmy nadprzewodnikowej Bi2223/Ag w różnych temperaturach pracy [3] Na bazie danych pętli histerezy taśmy pracującej w temperaturze 10K została otrzymana krzywa reprezentująca pierwotną krzywą magnesowania. Uwzględniając zależność (1) H = B µ 0 M (1) otrzymano pierwotną krzywą magnesowania dla taśmy HTS (rys. 6.). [4] Rys.6. Pierwotna krzywa magnesowania dla taśmy nadprzewodnikowej Bi2223/Ag 3. PRZEPUSTY Z TAŚM HTS SYMULACJA NUMERYCZNA Skonstruowany został model obliczeniowy przepustu prądowego wykonanego z taśm HTS. Model ten został oparty na geometrii przepustu przedstawionego na rysunku 4. 125

Taśmy zostały zamodelowane w postaci jednorodnych bloków składających się w części ze srebra a w części z nadprzewodnika Bi 2223. Rys.6. Model numeryczny przepustu z taśm HTS z wygenerowaną siatką elementów trójkątnych Model obliczeniowy wraz z wygenerowaną siatką elementów skończonych został przedstawiony na rysunku 6. Model polowy został połączony z modelem obwodowym przepustu prądowego. Obwód został zasilony napięciem sinusoidalnym o częstotliwości 50 Hz (rysunek 7). Rys.7. Model obwodowy przepustu prądowego 3. WYNIKI SYMULACJI NUMERYCZNEJ W modelu obliczeniowym przez przepust prądowy przepływa prąd o wartości znamionowej równej 60 A. Dookoła przepustu powstaje pole magnetyczne własne. 126

Rozkład indukcji magnetycznej w otoczeniu przepustu został przedstawiony na rysunku 8. Flux Density B (10-7 T) 8.130 7.317 6.505 5.692 4.880 4.067 3.255 2.442 1.630 0.817 Rys.8. Rozkład indukcji magnetycznej w modelu Pole magnetyczne częściowo wnika w wierzchnie warstwy taśm, z których wykonany jest przepust. Wartość indukcji jest znacznie mniejsza od wartości indukcji krytycznej, która dla tego typu taśm, w zależności od wykonania, waha się w granicach 16-30 T. [3] Current Density j eddy (A/m 2 ) 0.005 328.0 256.1 184.2 112.3 40.4-3 1.5-103.4-175.3-247.2-319.1-391.0 Rys.9. Rozkład gęstości prądów wirowych w przepuście Rozkład gęstości prądów wirowych w przepuście został przedstawiony na rysunku 9. 127

W zależności od chwili czasowej każda część przepustu jest inaczej obciążana cieplnie przez indukujące się prądy wirowe. Pomimo uwzględnienia nieliniowej pierwotnej krzywej magnesowania przepust nie wprowadza do układu zniekształceń napięcia i prądu. Przebiegi czasowe napięcia i prądu przepustu przedstawiono na rysunku 10. Rys.10. Przebiegi chwilowe prądu i napięcia w przepuście 3. WNIOSKI Ruch wirów jest główną przyczyną powstawania zjawiska histerezy magnetycznej w nadprzewodnikach HTS. Straty histerezowe stanowią większą część strat zmiennoprądowych w nadprzewodnikach HTS. Możliwe jest opracowanie modelu numerycznego przepustu prądowego zbudowanego na bazie nadprzewodników HTS. Znajomość pierwotnej krzywej magnesowania i jej poprawne odwzorowanie jest kluczowym czynnikiem wpływającym na poprawność rozwiązania. LITERATURA [1] Applied Superconductivity Center, http://www.asc.wisc.edu, 2006 [2] I. Bogdanov, S. Kozub, K. Myznikov, P. Slabodchikov, V. Sychev, V. Sytnik, L. Vassiliev, V. Zubko, I. Akimov, N. Gryaznov, D. Rakov, A. Shikov, Application of HTS Bi-2223 for current leads of superconducting magnets, Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria [3] I. Kušević, E. Babić, D. Marinaro, S. X. Dou, R. Weinstein, Critical currents and vortex pinning in U/n treated Bi2223/Ag tapes, Physica C 408-410, 2004, pp. 524-525 [4] Mayergoyz I.D., Mathematical models of hysteresis, Springer-Verlag, New York 1991 128