Modélisation des supraconducteurs HTC : applications au calcul des pertes AC

• Auteur / Autrice : Emmanuel Vinot
• Direction : Pascal Tixador, Gérard Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble1980-2006) - Centre de recherche sur l'innovation socio-technique et les organisations industrielles (Grenoble1992-2006)
• Jury : Président / Présidente : Yves Brunet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Dutoit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Bouillault, Pierre Manuel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Supraconducteurs

Mots clés libres

Sciences et techniques

Electrotechnique. Electroenergetique

Supraconducteur haute temperature

Perte courant alternatif

Methode element fini

Modele etat critique

Ceramique electrotechnique

Caracteristique electrique

Résumé

L'apparition des supraconducteurs à Haute Température Critique en 1986 puis leur développement permet maintenant leur utilisation en électrotechnique. Il devient important de connaître précisément leur comportement électromagnétique et notamment leurs pertes. Pour cela, un modèle numérique (éléments finis) a été implanté dans FLUX3D. Les supraconducteurs y sont représentés comme étant parfaitement amagnétiques et régis par une loi en puissance entre le champ électrique et la densité de courant. Cette loi est pour l'instant indépendante de l'induction magnétique. Nous avons été amenés à étudier et comparer différentes formulations A, ∂A/∂t, TΦ, TT0Φ, A couplée avec les équations de circuit) permettant d'imposer un champ magnétique extérieur, un courant voire d'inclure un supraconducteur dans un circuit électrique. Le modèle numérique a ensuite été utilisé pour des études quantitatives d'une part, puis qualitatives d'autre part. Une étude détaillée, en champ propre, sur un fil OPIT de Bi-2223 a été menée numériquement, analytiquement et expérimentalement. Ceci a permis de valider l'hypothèse du couplage entre les filaments et a également été l'occasion de comprendre la méthode électrique de mesure de pertes. Le cas d'une bobine possédant deux couches de fils supraconducteurs a ensuite été étudiée. Un modèle analytique de calcul des pertes pour une bobine possédant n couches a alors été développé. Toutes les études de ce mémoire ont également permis de mieux cerner le domaine de validité du modèle de Bean. Les limites d'une loi en puissance avec un courant critique indépendant de l'induction et de la température sont également apparues

The High Température Superconductors discovery in 1986, and their improvement now allow to use their in Electrical devices. It is important to know their electromagnetic behaviour and especially their A. C losses. In this aim a numerical model (based on finite éléments) was developed in FLUX3D. In this model, superconductors are supposed to be perfectly non magnetic and the electrical field versus current density is a power law. For the moment, this law is independent of magnetic induction. Différent formulations (A, [delta]A/[delta]t, T[phi], TTo[phi]) have been studied and compared, in order to impose an exteraal field, a transport current or to include a superconductor in a circuit. The numerical model has then been used to produce quantitative and qualitative results. Numerical, analytical and expérimental studies hâve been performed on a Bi-2223 OPIT strand in self field condition. It allowed to validate the classical hypothesis of perfect coupling between filaments, and has been a means to better understand the electrical measurement method. A two layers coil has then been studied and an analytical model for n layers coils was proposed. The studies presented in this report have also permitted to discuss the Bean model validity. Limitations of a power law with a critical current independent of magnetic induction and température hâve appeared too