Book Description
Ce travail portant sur la modélisation des supraconducteurs HTC est réalisé dans le cadre du projet européen BIG-POWA. Ce projet réunit partenaires industriels et universitaires et a comme objectif la conception et l'exploitation de nouveaux câbles HTC à base de fils OPIT Bi 2223, en particulier pour un usage avec du courant alternatif. Le but de ce travail est l'amélioration du modèle numérique du supraconducteur, modéle récemment introduit dans le logiciel de calcul par éléments finis Flux3D. Le modèle numérique utilise des modèles macroscopiques et permet d'accéder aux différentes grandeurs électromagnétiques. Pour faire évoluer le modèle on a intégré le caractère anisotrope des phénomènes et ont a pris en compte le caractère axisymétrique de certains dispositifs. Une approche expérimentale (mesures des pertes A.C., études en régime de surintensité) permet de valider et de compléter la partie modélisation.
Book Description
LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE SE SCINDE EN TROIS PARTIES: LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE AU PHENOMENE DE SUPRACONDUCTIVITE, LA DEUXIEME PARTIE PORTE SUR LA MODELISATION NUMERIQUE EN GENERAL ET LA TROISIEME SUR LA MODELISATION NUMERIQUE DE LA SUPRACONDUCTIVITE. LA PREMIERE PARTIE COMMENCE PAR UNE PRESENTATION DES EQUATIONS DE GINSBURG-LANDAU. ENSUITE, EN VUE DE LA MODELISATION NUMERIQUE AU NIVEAU MACROSCOPIQUE, IL EST ETUDIE EN QUELLES CIRCONSTANCES UNE LOI DE COMPORTEMENT LOCALE RELIANT LE CHAMP ELECTRIQUE ET LA DENSITE DE COURANT EST VALIDE. BIEN QUE DANS LE CAS GENERAL, ELLE N'AIT PAS DE JUSTIFICATION, UNE TELLE LOI DE COMPORTEMENT EST ENVISAGEABLE DANS UN CAS PARTICULIER (FLUX-FLOW). LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A LA RECHERCHE DE METHODES NUMERIQUES INCONDITIONNELLEMENT CONVERGENTES, CAPABLES DE TRAITER LES TRES FORTES NON LINEARITES. DE TELLES METHODES, BASEES SUR LA MINIMISATION DE FONCTIONNELLES EXISTENT ET PEUVENT ETRE APPLIQUEES POUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE MAXWELL COMPLETES. EN TROISIEME PARTIE LA METHODE DE RESOLUTION EST D'ABORD VALIDEE SUR UN PROBLEME SIMPLE (LINEAIRE), POUR ETRE ENSUITE UTILISEE POUR LA RECHERCHE DE LA LOI CONSTITUTIVE QUI EST INACCESSIBLE DIRECTEMENT A LA MESURE
Book Description
Les travaux de recherche présentés dans cette thèse constituent une contribution à la modélisation et à la caractérisation expérimentale de supraconducteurs à haute température critique (HTC) en vue d'une meilleure intégration dans les machines électriques. Les travaux ont été menés sur deux axes complémentaires : - Développement d'approches de modélisation permettant le calcul des grandeurs électromagnétiques dans les supraconducteurs HTC sous champ propre ou à proximité d'autres sources, et, notamment en présence de pièces ferromagnétiques à perméabilité magnétique linéaire et non linéaire. Un intérêt particulier est porté aux méthodes intégrales qui présentent plusieurs avantages pour la modélisation de tels systèmes. Les résultats obtenus ont été validés par des comparaisons aux mesures et à des calculs numériques par la méthode des éléments finis. - Caractérisation expérimentale de ces matériaux afin de déterminer le courant critique en courant continu (DC) et les pertes dissipées en courant alternatif (AC). L'étude va de l'élément de base (rubans supraconducteurs) au système (machine électrique), montrant les difficultés rencontrées dans une telle caractérisation. Un prototype de machine synchrone à induit supraconducteur a également été réalisé et testé. Les premiers résultats de mesure obtenus sont présentés et validés par modélisation.
Author: Gérard Meunier Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 0470393807 Category : Science Languages : en Pages : 618
Book Description
Written by specialists of modeling in electromagnetism, this book provides a comprehensive review of the finite element method for low frequency applications. Fundamentals of the method as well as new advances in the field are described in detail. Chapters 1 to 4 present general 2D and 3D static and dynamic formulations by the use of scalar and vector unknowns and adapted interpolations for the fields (nodal, edge, face or volume). Chapter 5 is dedicated to the presentation of different macroscopic behavior laws of materials and their implementation in a finite element context: anisotropy and hysteretic properties for magnetic sheets, iron losses, non-linear permanent magnets and superconductors. More specific formulations are then proposed: the modeling of thin regions when finite elements become misfit (Chapter 6), infinite domains by using geometrical transformations (Chapter 7), the coupling of 2D and 3D formulations with circuit equations (Chapter 8), taking into account the movement, particularly in the presence of Eddy currents (Chapter 9) and an original approach for the treatment of geometrical symmetries when the sources are not symmetric (Chapter 10). Chapters 11 to 13 are devoted to coupled problems: magneto-thermal coupling for induction heating, magneto-mechanical coupling by introducing the notion of strong and weak coupling and magneto-hydrodynamical coupling focusing on electromagnetic instabilities in fluid conductors. Chapter 14 presents different meshing methods in the context of electromagnetism (presence of air) and introduces self-adaptive mesh refinement procedures. Optimization techniques are then covered in Chapter 15, with the adaptation of deterministic and probabilistic methods to the numerical finite element environment. Chapter 16 presents a variational approach of electromagnetism, showing how Maxwell equations are derived from thermodynamic principles.
Book Description
L'objectif de ce travail de thèse est d'optimiser le processus d'aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l'électrotechnique. Dans l'étape de conception de l'inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d'aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l'influence de la présence d'une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l'inductance d'une bobine inductrice. Il s'agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d'intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l'aide d'un code de calcul développé sous MATLAB où les résultats obtenus ont été en bonne concordances avec ceux obtenus par simulation numérique sous COMSOL. L'inhomogénéité des pastilles SHTC de type YBaCuO en termes de la densité de courant critique Jc a été également étudiée. Pour cela, nous avons réalisé des expériences de l'aimantation des ces pastilles par la méthode PFM. Nous avons montré que la surface plane contenant le germe de cristallisation (seed) de ces pastilles est caractérisée par une Jc plus élevée que l'autre surface. Ainsi, nous avons étudié l'influence de la position du germe de cristallisation dans la méthode de caractérisation à deux pastilles.
Book Description
L'objectif de ce travail est de caractériser en micro-ondes les couches minces de supraconducteurs à haute température critique. Les deux paramètres physiques accessibles sont l'impédance de surface et la profondeur de pénétration dans le supraconducteur. La méthode de mesure est basée sur l'utilisation d'un anneau résonant micro-onde dont on détermine le comportement en fonction de la fréquence. Dans une première partie, nous avons modélisé le dispositif expérimental de mesure afin de pouvoir extraire les paramètres physiques utiles des résultats expérimentaux. Dans une deuxième partie, nous avons décrit différentes méthodes d'élaboration de couches minces et plus particulièrement la méthode de pulvérisation cathodique et la méthode de l'ablation laser. Nous rapportons les résultats obtenus pour chacune de ces deux méthodes en fonction des conditions de dépôt. Enfin, nous discutons des mesures effectuées en micro-ondes. Nous avons pu montrer que les mesures de la profondeur de pénétration permettent d'obtenir des renseignements sur la structure granulaire des films.
Book Description
La découverte des supraconducteurs à Haute Température Critique en 1986 relance l'intérêt porté à la supraconductivité. Ces matériaux sont arrivés à un stade où leur utilisation dans des dispositifs électrotechniques est envisageable. Néanmoins, il est primordial de connaître leurs pertes AC précisément pour dimensionner correctement les dispositifs. C'est pourquoi nous avons étudié dans un premier temps ces pertes AC dans un supraconducteur. Un modèle analytique applicable à une géométrie cylindrique (bobinages) a été ainsi développé et comparé à un modèle numérique. Nous avons réalisé des mesures expérimentales afin de comparer ces différents modèles. Dans le cadre du projet Européen READY, un transformateur supraconducteur monophasé HTC de 41 kVA a été entièrement dimensionné sur les plans électromagnétiques, thermiques et mécaniques. Ce transformateur, entièrement froid, pourra fonctionner dans l'azote liquide jusque vers 65 K ou l'hélium gazeux pour atteindre des températures inférieures. H sera refroidi par un tube puisé. De nombreuses expériences ont été faites pour valider nos choix et nous apporter certaines données expérimentales indispensables comme les pertes fer à froid où la résistance thermique de contact. Enfin, une étude très préliminaire sur différents transformateurs supraconducteurs d'une puissance de 30 MVA a permis de montrer l'intérêt de la technologie supraconductrice sur ces dispositifs.
Book Description
La découverte des supraconducteurs à Haute Température Critique en 1986 relance l'intérêt porté à la supraconductivité. Ces matériaux sont arrivés à un stade où leur utilisation dans des dispositifs électrotechniques est envisageable. Néanmoins, il est primordial de connaître leurs pertes AC précisément pour dimensionner correctement les dispositifs. C'est pourquoi nous avons étudié dans un premier temps ces pertes AC dans un supraconducteur. Un modèle analytique applicable à une géométrie cylindrique (bobinages) a été ainsi développé et comparé à un modèle numérique. Nous avons réalisé des mesures expérimentales afin de comparer ces différents modèles. Dans le cadre du projet Européen READY, un transformateur supraconducteur monophasé HTC de 41 kVA a été entièrement dimensionné sur les plans électromagnétiques, thermiques et mécaniques. Ce transformateur, entièrement froid, pourra fonctionner dans l'azote liquide jusque vers 65 K ou l'hélium gazeux pour atteindre des températures inférieures. H sera refroidi par un tube puisé. De nombreuses expériences ont été faites pour valider nos choix et nous apporter certaines données expérimentales indispensables comme les pertes fer à froid où la résistance thermique de contact. Enfin, une étude très préliminaire sur différents transformateurs supraconducteurs d'une puissance de 30 MVA a permis de montrer l'intérêt de la technologie supraconductrice sur ces dispositifs.
Book Description
Notre étude vise une application très prometteuse des rubans supraconducteurs déposés à base d’YBaCuO pour la limitation du courant de défaut. L’objectif principal de ce travail est de définir un conducteur adapté et de trouver les paramètres importants améliorant l’homogénéité de sa transition. Pour celà, des mesures électriques, ainsi qu’un montage de mesure optique nouveau sont présentés, notamment pour étudier l’apparition de points chauds sur le conducteur aux premiers temps de la transition. Trois conducteurs déposés commerciaux différents sont étudiés (EHTS, AMSC et Super Power), en limitation. Parmi eux, l’architecture du conducteur AMSC est très prometteuse pour l’application visée. Enfin, des études théoriques de modélisation et de simulation ainsi que des études d’application au réseau réel sont exposées. Elles valident l’utilisation des conducteurs déposés pour limiter le courant de défaut.
Author: Iszabela Klutsch
Author: STEFAN.. VASILIU
Author: Yazid Statra
Author: Gérard Meunier
Author: Mohamed Elbaa
Author: Pascal Meisse
Author: Guillaume Donnier-Valentin
Author: Guillaume Donnier-Valentin
Author: Nhat Tung Nguyen
Author: Joseph Duron