This paper describes a model flux pump experiment recently performed at the MIT Francis Bitter Magnet Laboratory. The results of the model flux pump will be used in the development of a prototype flux pump that will be couple to a high-temperature superconductor (HTS) insert coil of a high-field NMR (Nuclear Magnetic Resonance) magnet, Such an HTS insert is unlikely to operate in persistent model because of the conductors low index(n) The flux pump can compensate fro field decay in the HTS insert coil and make the insert operate effectively in persistent mode . The flux pump, comprised essentially of a transformer an two switches. all made of superconductor, transfers into the insert coil a fraction of a magnetic energy that is first introduced in the secondary circuit of the transformer by a current supplied to the primary circuit. A model flux pump has been designed. fabricated, and operated to demonstrate that a flux pump can indeed supply a small metered current into a load superconducting magnet. A current increment in the range of microamperes has been measured in the magnet after each pumping action. The superconducting model flux pump is made of Nb$_3$ Sn tape, The pump is placed in a gaseous environment above the liquid helium level to keep its heat dissipation from directly discharged in the liquid: the effluent helium vapor maintains the thermal stability of the flux pump.
Jiang, Z.;Bumby, C.W.;Badcock, R.A.;Long, N.J.;Sung, H.J.;Park, M.
Journal of Magnetics
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v.21
no.2
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pp.239-243
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2016
High temperature superconductor (HTS) magnet systems usually employ metal current leads which bridge between the cryogenic environment and room temperature. Such current leads are the dominant heat load for these magnet systems due to a combination of electrical resistance and heat conduction. HTS flux pumps enable large currents to be injected into a HTS magnet circuit without this heat load. We present results from an axial-type HTS mechanically rotating flux pump which employs a ferromagnetic circuit and a Cu-stabilized coated conductor (CC) HTS stator. We show the device can be described by a simple circuit model which was previously used to describe barrel-type flux pumps, where the model comprises an internal resistance due to dynamic resistance and a DC voltage source. Unlike previously reported devices, we show the internal resistance and DC voltage in the flux pump are not exactly proportional to frequency, and we ascribe this to the presence of eddy currents. We also show that this axial-type flux pump has superior current injection capability over barrel-type flux pumps which do not incorporate a magnetic circuit.
Kim, Dae-Wook;Chung, Yoon-Do;Jo, Hyun-Chul;Yoon, Yong-Soo;Kim, Hyun-Ki;Ko, Tae-Kuk
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.13
no.1
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pp.22-26
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2011
As new one of superconducting power supplies, we proposed an HTS flux pump utilized a solar energy system. As an eternal electric energy can be converted by the solar system, the solar energy system is promisingly applied as an energy source in the power applications. Especially, since the solar energy system played a role in conventional utility power, total power consumption of the flux pump system are provided by solar energy. That means its operating efficiency is remarkably improved compared with developed flux pumps. A solar energy system is comprised of solar panel, photo-voltaic (PV) controller, converter and battery. The HTS flux pump consists of an electromagnet, two thermal heaters and a Bi-2223 magnet. In this paper, we describe the possibility the fusion technology between superconducting power supply and solar energy system. As a fundamental step, the fabrication, structure and experimental results are explained.
Han, Seunghak;Kim, Ji Hyung;Chae, Yoon Seok;Quach, Huu Luong;Yoon, Yong Soo;Kim, Ho Min
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.23
no.4
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pp.19-24
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2021
The low normal zone propagation velocity (NZPV) of high-temperature superconducting (HTS) tape leads to a quench protection problem in HTS magnet applications. To overcome this limitation, various studies were conducted on HTS coils without turn-to-turn insulation (NI coils) that can achieve self-protection. On the other hand, NI coils have some disadvantages such as slow charging and discharging time. Previously, the HTS coils with turn-to-turn insulation (INS coils) were operated in power supply (PS) driven mode, which requires physical contact with the external PS at room-temperature, not in persistent current mode. When a quench occurs in INS coils, the low NZPV delays quench detection and protection, thereby damaging the coils. However, the rotary HTS flux pump supplies the DC voltage to the superconducting circuit with INS coils in a non-contact manner, which causes the INS coils to operate in a persistent current mode, while enabling quench protection. In this paper, a new protection characteristic of HTS coils is investigated with INS coils charging through the rotary HTS flux pump. To experimentally verify the quench protection characteristic of the INS coil, we investigated the current magnitude of the superconducting circuit through a quench, which was intentionally generated by thermal disturbances in the INS coil under charging or steady state. Our results confirmed the protection characteristic of INS coils using a rotary HTS flux pump.
Inserted HTS (high temperature superconducting) coil is promisingly expected as a solution for achievement of higher fields such as GHz scale NMR magnet. However, HTS magnet causes persistent current decay in the persistent current mode and this decay should be compensated in order to keep stable magnetic field. As a solution for the decay in the HTS magnets, we proposed a new type superconducting power supply, i.e., linear type magnetic flux pump (LTMFP). The LTMFP mainly consists of DC bias coil, 3-phase AC coil and superconducting Nb foil. The compensating current in closed superconductive circuit can be easily controlled by the intensity of 3-phase AC current and its frequency. In this study, it has been investigated that the flux pump can effectively charge the current for various frequencies according to the different load magnets.
A flux pump (FP) can inject the DC current into high temperature superconducting (HTS) field coils of a HTS rotating machine without slip ring and current lead. However, it has limits to improve the value of DC current, and has time constants of DC current according to inductances of the HTS field coils. When a large-scale HTS generator with the FP is designed, a proper point about the inductance, field current, and time constant is demanded to decide parameters of the generator. In this paper, a parameter tuning skill of a large-scale superconducting wind power generator for applying a FP has been proposed. The design of the FP has been fixed, and 12 MW HTS generators have been variously designed by adjusting parameters related with the inductance of the HTS field coil. The induced current values have been calculated based on the FP design. The time constants of the induced currents depending on the DC current values and inductances of the generator have been represented. The results of the parameter tuning of the HTS generator have been discussed in detail.
Kim, Dae-Wook;Chung, Yoon-Do;Yoon, Yong-Soo;Kim, Tae-Jung;Kim, Hyun-Ki;Ko, Kae-Kuk
Proceedings of the KIEE Conference
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2011.07a
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pp.888-889
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2011
As new one of superconducting power supplies, we proposed an HTS flux pump utilized a solar energy system. As an eternal electric energy can be converted by the solar system, the solar energy system is promisingly applied as an energy source in the power applications. A solar energy system is comprised of solar panel, photo-voltaic (PV) controller, converter and battery. The HTS flux pump consists of an electromagnet, two thermal heaters and a Bi-2223 magnet. In this paper, we describe the possibility the fusion technology between superconducting power supply and solar energy system. As a fundamental step, the fabrication, structure and experimental results are explained.
The linear type flux pump aims to compensate a little bit decremental persistent current of the HTS magnet in NMR and MRI spectrometers. The flux pump mainly consists of DC bias coil, 3-phase AC coil and Nb foil. The persistent current in closed superconductive circuit can be easily adjusted by the 3-phase AC current, its frequency and the DC bias current. In the experiment, it has been investigated that the flux pump can effectively charge the current in the load coil of 543 mH for various frequencies in 18 minutes under the DC bias of 10 A and the AC of 5 $A_{rms}$. The maximum magnitudes of pumping current and load magnet voltage are 0.72 A/min and 20 ㎷, respectively. Based on simulation results by the FEM are proved to nearly agree with experimental ones.
This paper deals with high-Tc superconducting (HTS) power charging system with GdBCO magnet, photo-voltaic (PV) controller, and solar panels to charge solar energy. When combining the HTS magnet and the solar energy charging system, additional power source is not required therefore it is possible to obtain high power efficiency. Since there is no resistance in superconducting magnet carrying DC transport current the energy losses caused by joule heating can be reduced. In this paper, the charging characteristics of HTS power charging system was simulated by using PSIM. The charging current of HTS superconducting power charging system is measured and compared with the simulation results. Using the simulation of HTS power charging system, it can be applied to the solar energy applications.
Recently, many researches on the system of superconducting power supply and superconducting magnetic energy storage (SMES) using high temperature superconducting (HTS) tapes has been progressed. Those kinds of superconducting devices use the heater trigger switches that have a control delay problem at moments of heating up and cooling down. One way to reduce the time delay is using a different HTS tape at trigger part. For example, HTS tape having lower critical temperature can reduce time delay of heating up and heating down stage for heater trigger operation. This paper deals with resistances joint with different kinds of HTS tapes which have different properties to verify usefulness of the suggested method. Three kinds of commercial HTS tapes with different specifications are selected as samples and two kinds of solders are used for comparison. Joint is performed with temperature and pressure controllable joint machine and the joint characteristics are analyzed under the repeatable conditions.
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