AC losses in superconductors : a multi-scale approach for the design of high current cables
Pertes AC dans les supraconducteurs : une approche multi-échelle pour le dimensionnement de câbles fort courant
Résumé
The work reported in this PhD deals with AC losses in superconducting
material for large scale applications such as cables or magnets. Numerical models involving
FEM or integral methods have been developed to solve the time transient electromagnetic
distributions of field and current densities with the peculiarity of the superconducting
constitutive E-J equation. Two main conductors have been investigated. First, REBCO
superconductors for applications operating at 77 K are studied and a new architecture of
conductor (round wires) for 3 kA cables. Secondly, for very high current cables, 3-D simulations
on MgB2 wires are built and solved using FEM modeling. The following chapter
introduced new development used for the calculation of AC losses in DC cables with ripples.
The thesis ends with the use of the developed numerical model on a practical example in
the european BEST-PATHS project : a 10 kA MgB2 demonstrator.
Le travail de cette thèse porte sur l’études des pertes AC dans les supraconducteurs
pour des applications tels que les câbles ou les aimants. Les modélisations numériques
rapportées sont de type éléments-finis ou méthode intégrale. Toutes ces méthodes
visent à estimer avec précision les distributions de densité de courant et de champ magnétique
en prenant en compte différents lois de comportement pour le supraconducteur. Deux
conducteurs sont introduits dans ce mémoire. Tout d’abord, les supraconducteurs à haute
température critiques sont étudiées avec l’introduction d’une nouvelle forme de conducteur
HTc (fils cylindriques) qui sont envisagés pour des câbles fort courant de 3 kA. Dans un
second temps, des simulations numériques 3-D sont réalisés sur un conducteur MgB2. Le
chapitre suivant traite des contraintes de calculs des pertes dans le but de dimensionner
l’ensemble des pertes d’un câble complet. Enfin, les modèles numériques développés précédemment
sont utilisés sur un exemple concret : le démonstrateur 10 kA fait à l’aide du
conducteur MgB2 dans le projet européen BEST-PATHS.
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