Contribution à la modélisation et à la caractérisation des supraconducteurs HTC pour leur intégration dans les machines électriques

Contribution to the modeling and characterization of high temperature superconductors for their integration in electrical machines

• Auteur / Autrice : Yazid Statra
• Direction : Bruno Douine, Hocine Menana
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 05/07/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GREEN - Groupe de Recherche en Energie Electrique de Nancy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Douine, Jean-Philippe Lecointe, Benoit Vanderheyden, Francesco Grilli, Sabrina Ayat, Hocine Menana
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benoit Vanderheyden, Francesco Grilli

Mots clés

Mots clés libres

Supraconducteurs HTC

Modélisation

Méthodes intégrales

Caractérisation expérimentale

Courant critique et pertes AC

Machines électriques

High temperature superconductors

Modeling

Integral methods

Experimental characterization

Critical current and AC losses

Electrical machines

Résumé

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.

The research work presented in this thesis constitutes a contribution to the modeling and experimental characterization of high temperature superconductors (HTS) for a better integration in electrical machines. The work was carried out on two complementary axes: - Development of modeling approaches allowing the calculation of electromagnetic quantities in HTS under self-field conditions or with the proximity of other sources, in particular in the presence of ferromagnetic parts with linear and non-linear magnetic permeability. Particular interest is given to integral methods which have several advantages for the modeling of such systems. The results obtained were validated by comparisons with measurements and numerical calculations by the finite element method. - Experimental characterization of such materials in order to determine the critical current and AC losses. The study goes from the sample (superconducting tape) to the system (electrical machine), highlighting the difficulties encountered in such a characterization. A prototype of a synchronous machine with a superconducting armature was also built and tested. The first measurement results obtained are presented and validated by modeling.