Etudes théoriques et pratiques des phénomènes liés à la transition des bobines supraconductrices en régime de décharge impulsionnelle

Theoretical and experimental studies of the transition of superconducting coils during a pulsed discharge

• Auteur / Autrice : Denis Netter
• Direction : Abderrezak Rezzoug
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électrotechnique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bobines d'induction

Équations aux différences

Décharges électriques

Énergie -- Stockage

Supraconductivité

Transfert de chaleur

Résumé

Une bobine supraconductrice mise en court-circuit stocke une énergie importante sans pertes par effet Joule. La transition provoquée du fil supraconducteur fait apparaître une résistance qui entraîne une brusque décroissante du courant dans la bobine de stockage. Nous pouvons récupérer l'énergie stockée par l'intermédiaire d'une seconde bobine couplée magnétiquement à la première et sur laquelle est branchée la charge. L'étude et la modélisation de ce système doit tenir compte simultanément de la variation du courant dans les deux enroulements (équations de circuits électriques), de la répartition de l'induction magnétique dans tout l'espace (équation magnétique) et de de la distribution de la température au sein du bobinage (équation de diffusion de la chaleur). Nous avons développé un outil de calcul qui prend en compte la non-linéarité des paramètres physiques de la bobine supraconductrice (conductivité thermique. Résistivité électrique,. . . ), de l'anisotropie thermique de la bobine due à un mauvais contact thermique entre deux spires consécutives et de la distribution non uniforme de l'induction magnétique. Le modèle proposé est résolu en trois dimensions par une méthodes de différences finies. Ces résultats ont permis la construction d'une maquette de 2 kJ destinée à valider certains résultats théoriques.

A superconducting magnet energy storage is used for a pulsed power peak application. The transition of the superconducting thread causes the current decade. We can recover the stored energy through a second wire which is magnetically cou pied with the superconducting one and on which the load is connected. Designing su ch a system needs to solve coupled problems consisting in currents variations, flux density and temperature distributions in the superconducting wire. We have developped a software which takes account of parameters nonlinearity (thermal conductivity, electrical resistivity,. . . ). Thermal anisotropy due to the low thermal contact beetwen two contiguous loops and nonuniform flux density distribution. The resolution is a 3D one. These results lead to the buiding of a 2 kJ demonstration model which enabled to confirm some theoritical results.