Stockage supraconducteur d'énergie magnétique pour alimentation impulsionnnelle

Superconducting magnetic energy storage for pulsed power supply

• Auteur / Autrice : Khalid Mazouz
• Direction : Jean-Marie Kauffmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décharges électriques

Énergie mécanique

Énergie -- Stockage

Résumé

Le travail effectué s'inscrit dans le cadre du projet portant sur le canon électrique. Il s'agit de concevoir un générateur d'impulsion de courant, de forte intensité et de courte durée, utilisant une unité de stockage supraconducteur d'énergie magnétique comme source d'énergie. Ce générateur est destiné à alimenter les rails d'un lanceur électromagnétique modélisés par une charge inductive. Compte tenu de l'état de l'art actuel du fil supraconducteur, le niveau de courant circulant dans la bobine de stockage supraconductrice (S. M. E. S. ) est de l'ordre de quelques kA. La mise en forme de l'impulsion de courant dans la charge, connectée à un enroulement secondaire résistif, est obtenue par la décharge rapide de la bobine de stockage par effet transformateur. Cette décharge est réalisée par le déclenchement d'un interrupteur introduit dans le circuit primaire du transformateur. La bobine de stockage et l'enroulement secondaire résistif sont constitués d'une suite de bobines élémentaires identiques de forme circulaire composant un tore discontinu. Un bon couplage magnétique est assuré par l'imbrication des bobines primaires et secondaires. Au cours de cette étude, les différents aspects du problème ont été abordés. La première étape consiste à justifier le choix de la géométrie de la bobine de stockage supraconductrice par le biais d'une étude comparative entre les deux structures : le solénoi͏̈de et le tore discontinu. Les critères de comparaison sont la capacité de stockage d'énergie et le champ de fuite magnétique. La seconde étape porte sur l'étude de la décharge impulsionnelle du S. M. E. S. Pour ce faire, une modélisation du transformateur sans fer a été faite ainsi que le calcul de ses paramètres magnétiques et électriques. Le courant maximum possible dans la charge est obtenu par une adaptation des impédances du circuit secondaire du transformateur. Sa valeur est fonction des constantes de temps du primaire et du secondaire et du coefficient de couplage magnétique du transformateur.

This work comes within the framework of a general project dealing with the electromagnetic launch. Its main purpose is to design a pulsed power supply from a Superconducting Magnetic Energy Storage (S. M. E. S. ) able to deliver a high current pulse, during a short time, to rails of an electromagnetic launcher, identified by a resistance and an inductance. At the present day, the performances of superconducting wires lead us to retain a storage current level in the superconducting coil of about ten kA. The current pulse in the load, connected at a secondary winding not superconducting, is obtained by the fast discharge of the whole stored magnetic energy in the superconducting coil using a transformer effect. This discharge is carried out by opening the primary circuit of the transformer. The S. M. E. S. And the secondary coil have a toroidal geometry which is composed of a finite number of identical and circular elementary coils. Besides, they fit into each other in order to ensure a good magnetic coupling. The first stage of this study consists in justifying the choice of the S. M. E. S. Geometry. Two kinds of storage coil geometry are studied and compared : the solenoidal and the toroidal configuration. Several parameters are analysed such as the energy storage capacity and the stray magnetic field. The second part concerns the pulsed dischage study of the S. M. E. S. At first, the transformer without magnetic core is modelled. Afterwards, its electric and magnetic parameters are computed. The maximum current peak in the load is obtained by an impedance adaptation of the transformer secondary circuit. Its value depends on the primary and secondary time constants and the magnetic coupling coefficient of the transformer.