A magnetic field calculation method for toroidal type winding which has circular section was developed. At first, the equation for magnetic field by single filament coil was extended using numerical integration to estimate the entire interesting region of solenoid, especially winding region itself. And then, the magnetic field by toroidal arrangement of solenoids was computed with a coordinate transformation of vector fields. The superconducting magnet with toroidal arrangement can be made up of several tens of solenoid type double pancake windings for some applications such as superconducting magnetic energy storage system(SMES). In this system, the field calculation on the high-Tc superconducting(HTS) tape itself is very important because the entire system can be reached to a fault by magnetic stress of conductor or the critical current of superconducting tape can be dramatically reduced under its self field condition. To make matters worse, 3-dimensional analysis is indispensable for this type of magnet and the most of commercial programs with finite element method can be taken too much time for analysis and design. In this paper, a magnetic field calculation method for toroidal type winding with circular section was induced.
Jo, Hyun-Chul;Yang, Seong-Eun;Kim, Young-Jae;Hwang, Young-Jin;Yoon, Yong-Soo;Chung, Yoon-Do;Ko, Tae-Kuk
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.11
no.1
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pp.30-34
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2009
This paper deals with charging and persistent-current mode operating characteristics of BSCCO magnet load using high-temperature superconducting (HTS) power supply. The HTS power supply consists of two heater-triggered switches, an iron-core transformer with the primary copper winding and the secondary BSCCO solenoid, and a BSCCO magnet load. The magnet load was fabricated by double pancake winding and its inductance is about 21 mH. A hall sensor was installed at the middle of the magnet load to measure the current in the load. In order to investigate the efficient pumping characteristics, operating tests of heater-triggered switch with respect to dc heater current were carried out, and the electromagnet current was determined by considering saturation characteristics of its iron core. The saturation characteristics of charged current in the magnet load were observed with respect to various pumping periods: 12 s, 14 s, 24 s and 32 s. After charging the magnet load, the persistent current was measured. The operating characteristics of the persistent current mode were mainly determined by joint resistance and magnet load.
This paper describes the development and fabrication of a high temperature superconducting motor which consists of HTS rotor and air-core stator. The machine was designed for the rated power of 100hp at 1800 rpm. The HTS field windings are composed of the double-pancake coils wound with AMSC's SUS-reinforced Bi-2223 tape conductor. These were assembled on the support structure and fixed by a bandage of glass-fiber composite. The cooling system is based on the heat transfer mechanism of the thermosyphon by using GM cryocooler as cooling source. The cold head is in contact with the condenser of a Ne-filled thermosyphon. The rotor assembly was tested independently at the stationary state and combined with stator. Characteristic parameters such as reactances, inductances, and time constants were determined to obtain a consistent overview of the machine operation properties. This motor has met all design parameters by demonstrating HTS field winding, cryogenic refrigeration systems and an air-core armature winding cooled with air. The HTS field winding could be cooled down below 30K. No-load test of open-circuit characteristics(OCC) and short-circuit characteristics(SCC) and load test with resistive load bank were conducted in generator mode. Maximum operating current of field winding at 30K was 120A. From OCC and SCC test results synchronous inductance and synchronous reactance were 2.4mH, 0.49pu, respectively. Efficiency of this HTS machine was 93.3% in full load(100hp) test. This paper will present design, construction, and basic experimental test results of the 100hp HTS machine.
In, Sehwan;Hong, Yong-Ju;Yeom, Hankil;Ko, Junseok;Kim, Hyobong;Park, Seong-Je
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.18
no.1
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pp.59-63
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2016
The superconducting NMR magnets have used cryogen such as liquid helium for their cooling. The conduction cooling method using cryocoolers, however, makes the cryogenic cooling system for NMR magnets more compact and user-friendly than the cryogen cooling method. This paper describes the thermal and structural analysis of a cryogenic conduction cooling system for a 400 MHz HTS NMR magnet, focusing on the magnet assembly. The highly thermo-conductive cooling plates between HTS double pancake coils are used to transfer the heat generated in coils, namely Joule heating at lap splice joints, to thermal link blocks and finally the cryocooler. The conduction cooling structure of the HTS magnet assembly preliminarily designed is verified by thermal and structural analysis. The orthotropic thermal properties of the HTS coil, thermal contact resistance and radiation heat load are considered in the thermal analysis. The thermal analysis confirms the uniform temperature distribution for the present thermal design of the NMR magnet within 0.2 K. The mechanical stress and the displacement by the electromagnetic force and the thermal contraction are checked to verify structural stability. The structural analysis indicates that the mechanical stress on each component of the magnet is less than its material yield strength and the displacement is acceptable in comparison with the magnet dimension.
The design of superconducting magnets for a 600 kJ SEMS was discussed. The basic constraint conditions in the design of a 600 kJ SMES magnet were V-I loss(<1 W), inductance of magnet(<24 H), the number of Double Pancake Coils(DPC about 10), the number of turns of DPC(<300), outer diameter of DPC(close to 800 mm) and total length of HTS wire in a DPC(<500 m). As a result of optimum design, we obtained design parameters of the 600 kJ SMES magnet with two operating currents, 360 A and 370 A, which are in the limited conditions without V-I loss. V-I loss of each operating current was calculated with design parameters and V-I characteristic of the HTS wire. As a result of calculations, V-I losses with operating currents of 360 A and 370 A were 0.6 W and 1.86 W, respectively. Even though all design parameters of the SMES magnet in case of operating current of 360 A were in the restricted conditions, V-I loss of SMES magnet showed a tendency to generate at local DPCs, which are located on the top and the bottom of the SMES magnet more than that of the other DPCs.
Coated conductors suitable for the fabrication of persistent mode high $T_c$ magnets are suggested and the fabrication method of persistent mode magnets using coated conductor are demonstrated. Persistent current was observed in a small piece of coated conductor. Closed loop of coated conductor with a diameter of around 1 em was successfully prepared and was cooled with a magnetic field of about 500 Gauss in order to induce supercurrent. Coated conductor with a $I_c$ of 100 A/cm-width was used for the preparation of closed loop of coated conductor. Persistent current was confirmed by measuring the magnetic field generated from closed loop of coated conductor by using Gauss meter. Magnetic field of 4.4 Gauss was detected from the supercurrent of closed loop of coated conductor. It shows that superconducting joint of coated conductor is not a prerequisite for the construction of persistent mode magnets. It is thought that this work opens the possibility to use coated conductor for the construction of persistent mode high $T_c$ magnets for MRI, NMR and magnetic separation applications.
Sohn Myung-Hwan;Baik Seung-Kyu;Lee Eon-Young;Kwon Young-Kil;Jo Young-Sik;Moon Tae-Sun;Kim Yeong-Chun;Kwon Woon-Sik
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.2
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pp.88-93
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2005
To develop a 100 hp high temperature superconducting(HTS) motor with high efficiency first in Korea, we fabricated a HTS field winding and test. HTS field winding is composed of sixteen HTS race track shaped coils wound with stainless steel-reinforced Bi-2223 tape conductor by react and wind fabrication method. Nomex paper was used for electrical insulation. Each of four magnet pole assemblies was constructed with four double pancake sub-coils, mechanically stacked and electrically in series. Four magnet assemblies were fixed on an aluminum support structure to make effective heat transfer. The Critical current (Ic) was 41.5A at 77K and self field. However the lowest Ic value of sub-coils was 35A. Joule heat generated by each joints between sub-coils was lower than 1mW at 77K and 34A. And Joule heat generated by the joints between field coils was lower than 10mW at 77K and 34A. Joule heat of the whole field winding was 1W at 77K and 32A. And so, the lowest Ic value of sub-coils was more important than Joule heats generated by all joints. The operating current must be lower than the lowest Ic of all the sub-coils. In this paper, design, construction and testing of HTS field winding, Joule heat generated by the joints, and operating current were discussed.
In this paper, 3-D nonlinear electromagnetic analysis of a single phase 1MVA 22.9 kV/6.6 kV high temperature superconducting(HTS) transformer with double pancake windings was accomplished. The characteristics of 1MVA HTS transformer such as The efficiency, voltage regulation and % impedance voltage drop were obtained by the 3-D non-linear electromagnetic analysis. And in order to verify the 3-D non-linear electromagnetic analysis of a single phase 1MVA HTS transformer, a 1MVA test transformer with windings made of copper tapes with the same size as BSCCO-2223 HTS tape was manufactured. The energy conservation method to perform the analysis of leakage impedances of both a 1MVA HTS transformer and test transformer was used. The characteristic analysis such as efficiency, voltage regulation and % impedance voltage drop of transformer was performed. And the obtained values of both 1MVA HTS transformer and test transformer were compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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