A double pancake winding method is widely used to make the superconducting magnet, using high temperature superconductor (HTS) tape. In the double pancake winding method, the joints with contact resistances between double pancake coils are inevitably needed. The electrical joule heating on the contacts causes refrigerant loss during operation. And a space outside the winding, for splices and mechanical support, is more than that for its layer-wound equivalent. In this paper, a double pancake winding method in order to reduce the number of the joints was proposed. Both of the double pancake coils using the conventional winding method and the proposed winding method have been fabricated and tested to make the solution technically feasible in the double pancake winding method. Especially, critical-current tests of the fabricated double pancake coils were conducted in order to show the same performance and confirm contact resistances between double pancake coils.
To obtain Nuclear Magnetic Resonance (NMR) measurement of membrane protein, an NMR magnet is required to generate high intensity, homogeneity, and stability of field. A High-Temperature Superconducting (HTS) magnet is a promising alternative to a conventional Low-Temperature Superconducting (LTS) NMR magnet for high field, current density, and stability margin. Conventionally, an HTS coil has been wound by several winding techniques such as Single-Pancake (SP), Double-Pancake (DP), and layer-wound. The DP winding technique has been frequently used for a large magnet because long HTS wire is generally difficult to manufacture, and maintenance of magnet is convenient. However, magnetic field generated by the slanted turns and the splice leads to field inhomogeneity in Diameter of Spherical Volume (DSV). The field inhomogeneity degrades performance of NMR spectrometer and thus effect of the slanted turns and the splice should be analyzed. In this paper, field gradient of HTS double-pancake coils considering the slanted turns and the splice was calculated using Biot-Savart law and numerical integration. The calculation results showed that magnetic field produced by the slanted turns and the splice caused significant inhomogeneity of field.
Critical current of the superconducting machines is limited by the magnetic field. When the magnetic field is not uniform, it is difficult to estimate the magnetic field and the critical current. This paper proposed a method for the estimation of the magnetic field and the critical current of the HTS pancake windings which can be used to generate the high field magnet. A parameter which was needed to calculate the critical current of a BSCCO magnet with 10 pancake windings was obtained by the experiment. Test which was carried out by using single pancake winding and magnet consisting of 10 pancake windings shows the proposed method can be an effective method for the estimation of the critical current of pancake windings.
The method to determine the operating current of HTS magnets needs to be different from that of LTS magnets. This paper presented estimation of the critical current of pancake windings. The pancake windings can be excited by a single power source or by multiple power sources. Critical currents were determined by using field dependent E-J relation. For the better estimation of the critical current, a new method to define the magnetic field of the HTS wire has been proposed. Calculated critical currents of pancake windings were compared with measured ones of the HTS BSCCO magnet consisting of 10 pancake windings. According to the test results, the estimated critical currents of pancake windings agreed well with that of measured ones. Effects of the single and multiple power source excitation on the critical currents have been also examined.
In this paper, we present effect of the stacked HTS tapes. AC losses of HTS pancake windings with stacked tapes are shown. Magnetic flux density in the HTS winding under operating conditions was calculated by FEM. AC loss of the pancake winding were measured and compared with the calculated loss by using AC losses of the stacked samples. Test results show that measured results generally agreed well with the calculated value by using AC loss of 4-stacked sample data.
Kim, W. S.;Kim, S. H.;Park, K. D.;H. G. Joo;G. W. Hong;J. H. Han;Park, J. H.;H. S. Son;S. Y. Hahn
Progress in Superconductivity
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제5권2호
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pp.149-152
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2004
The design and the fabrication of a 1 MVA single-phase HTS transformer are presented in this paper, The rated voltages are 22.9 ㎸ for primary and 6.6 ㎸ for secondary, and the rated currents are 44 A and 152 A respectively. The transformer has HTS double pancake type windings. This type of winding has many advantages such as ease of fabrication and maintenance, good distribution of surge voltage and insulation of windings. Single HTS wire was used for primary winding and four HTS parallel wires were used for secondary winding. These windings are arranged reciprocally with the shell type iron core. An FRP cryostat with room temperature bore was fabricated to isolate the iron core from the coolant. The winding will be cooled down to 65 K with sub-cooled liquid nitrogen using a GM-cryocooler. The sub-cooled liquid nitrogen has advantages of good insulation because of no bubbles as well as increased current capacity of HTS wire.
This paper presents the design and test results of a 10kVA single phase HTS transformer which is operating at 77K. Double pancake windings with BSCCO -2223 HTS tape and GFRP cryostat with room temperature bore are used in the transformer. Four double pan cake windings were used in pancake windings are connected in parallel to conduct the secondary current of 45.4A. the rated voltages of each winding are 440/220V. Numerical calculation using Finite Element Method was used to evaluated the performance of each arrangement. Considering the magnetizing reactance, leakage reactance, electrical insulation and the circulating current in low voltage winding which had two windings in parallel, HLLH arrangement was finally chosen. Estimation of the AC loss, magnetizing loss and self field loss, in the design stage, where effects of perpendicular field and parallel field are considered. Room temperature bore type cryostat has been constructed and its heat loss was measured.
Kim, Young-Min;Kang, Myung-Hun;Paik, Kyoung-Ho;Cha, Guee-Soo;Jeon, Chang-Wan
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제13권4호
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pp.26-29
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2011
In a High temperature superconducting (HTS) tape with high aspect ratio, the magnetic field applied to the HTS tape can be different considerably within the HTS tape. The current distribution in the HTS tape is generally non-uniform because the current distribution is strongly dependent on the applied magnetic field. Non-uniform current distribution in a HTS tape has not been properly considered when the critical current has been estimated. This paper shows the calculation of critical current of a HTS magnet consisting of pancake windings. Non-uniform distribution of current in the HTS tape is considered during the calculation of the critical current. Results of calculation show the current concentrated in the middle part of the HTS tape which is used for one pancake winding.
The properties of High Temperature Superconducting (HTS) tapes are progressing, as HTS tapes evolve from 1st generation to 2nd generation. This paper presents design and construction of a 2nd generation HTS magnet consisting of two nested GdBCO and YBCO pancake coils. Two HTS tapes of different widths were used to wind the HTS nested magnet. Considering that a higher magnetic field is applied to the inner magnet than to the outer magnet, 12 mm GdBCO tape was used for winding the inner magnet, which consisted of four single pancake windings. Eight double pancake windings wound with 4.4 mm YBCO tapes were used for the outer magnet. The test results show that the central magnetic field of the HTS nested magnet was 920 mT. The measured critical currents of the inner and outer magnet at 77K were 80.8 A and 32.6 A, respectively.
Park, Myungjin;Lee, Kwangyoun;Jungwook Sim;Gueesoo Cha;Lee, Jikwang
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제5권1호
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pp.97-101
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2003
When HTS tapes are used in power application, they are used by winding form, such as, a pancake and a solenoid. When AC current is applied to the coil, Ac magnetic field is generated in winding. This AC magnetic field acts as an external magnetic field and makes loss. In this paper the radial magnetic field component ($B_r$) and the axial magnetic field component ($B_z$) in a pancake and a solenoid were calculated by numerical analysis method and compare with measured value. AC losses of a short sample were calculated by Norris equation and n numerical analysis based on Brandt equation. AC losses of the pancake coil and the solenoid coil were also calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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