Анализ потерь в обмотках и стопках из ВТСП лент второго поколения

  • Сергей Юрьевич Занегин
  • Василий Васильевич Зубко
  • Николай Сергеевич Иванов
Ключевые слова: высокотемпературный сверхпроводник, электрические машины, по­тери в ВТСП обмотках на переменном токе

Аннотация

Изготовлены опытные образцы рейстрековых обмоток из высокотемпературных сверхпроводя­щих (ВСТП) лент 2-го поколения (2G) для применения в электрических машинах, работающих на переменном токе. В данных устройствах основными потерями являются гистерезисные потери в сверхпроводнике, и задача их определения — одна из важнейших при проектировании устройств данного типа. Она может быть успешно решена расчетным путем только с помощью численньх методов. Ранее во ВНИИКП была создана модель на основе метода конечных элементов (МКЭ) для расчета потерь в кабелях на основе высокотемпературных сверхпроводящих лент. Так как структура намотки рейстрековых обмоток в поперечном сечении представляет собой стопку лент, модель на основе МКЭ была адаптирована для расчета потерь в стопках ВСТП лент. В статье приведено описание модели, стенда для измерения потерь, а также дано сравнение рас­четных потерь с экспериментально измеренными.

Биографии авторов

Сергей Юрьевич Занегин

Занегин Сергей Юрьевич – инженер ОАО «ВНИИКП», аспирант НИУ «Московский Авиационный институт» – НИУ «МАИ».

Василий Васильевич Зубко

Зубко Василий Васильевич — доктор техн. наук, ведущий научный сотрудник ОАО «ВНИИКП», диссертацию защитил в 2017 г.

Николай Сергеевич Иванов

Иванов Николай Сергеевич – кандидат техн. наук, старший научный сотрудник кафедры «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» НИУ «МАИ», диссертацию защитил в 2014 г.

Литература

1. Sirois F., Grilli F. Potential and limits of numerical modelling for supporting the development of HTS devices, Supercond. Sci. and Technol., 2015, vol. 28, No. 4, p. 043002.
2. Grilli F. Numerical Modelling of HTS Applications — IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2016, vol. 26, No. 3, p. 0500408.
3. Grilli F., Pardo E., Stenvall A., Nguyen D., Yuan W., Gцmцry F. Computation of Losses in HTS Under the Action of Varying Magnetic Fields and Currents — IEEE Trans. on Appl. Supercond., 2014, vol. 24, No. 1, p. 8200433.
4. Gu C., Qu T., Li X., Han Z. AC Losses in HTS Tapes and Devices With Transport Current Solved Through the Resistivity-Adaption Algorithm, — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2013, vol. 23, No. 2, p. 8201708.
5. Hong Z., Yuan W., Ainslie M., Yan Y., Pei R., Coombs T. AC losses of superconducting racetrack coil in various magnetic conditions, — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2011, vol. 21, No. 3, p. 2466.
6. Qufival L., Zerme^ V., Grilli F. Numerical models for ac loss calculation in large-scale applications of HTS coated conductors, Supercond. Sci. Technol., 2016, vol. 29, No. 2, p. 24007.
7. Prigozhin L., Sokolovsky V. Computing AC losses in stacks of high-temperature superconducting tapes, Supercond. Sci. Technol., 2011, vol. 24, No. 7, p. 075012.
8. Pardo E., Souc J., Frolek L. Electromagnetic modelling of superconductors with a smooth current— voltage relation: variational principle and coils from a few turns to large magnets, Supercond. Sci. Technol., 2015, vol. 28, p. 044003.
9. Bykovsky N., Uglietti D., Wesche R., Bruzzone P. Design of the HTS fusion conductors for TF and CS coils — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2015, vol. 25, p. 4800304.
10. ANSYS Multiphysics, Release 15, ANSYS Inc.
11. Zubko V., Fetisov S., Vysotsky V. Hysteresis Losses Analysis in 2G HTS cables — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2016, vol. 26, No 3, p. 8202005.
12. Зубко В., Высоцкий В., Фетисов С., Носов А., Занегин С. Анализ гистерезисных потерь в силовых кабелях на основе вы­сокотемпературно-сверхпроводящих лент второго поколения. — Электричество. 2014. № 4, с. 24-32.
13. Zubko V., Nosov A., Polyakova N., Fetisov S., Vysotsky V. Hysteresis Loss in Power Cables Made of 2G HTS Wires with NiW Alloy Substrate — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2011, vol. 21, №. 3, pp. 988-990.
14. Zhang X., Zhong Z., Ruiz H., Geng J., Coombs T. General approach for the determination of the magneto-angular dependence of the critical current of YBCO coated conductors, Supercond. Sci. Technol., 2017, vol. 30, p. 025010.
15. Norris W. Calculation of hysteresis loss in hard superconductors carrying ac: isolated conductors and edges of thin sheet — Journal of Physics D., 1970, vol. 3, pp. 489-495.
16. Zanegin S., Ivanov N., Shishov D., Shishov I., Kovalev K., Zubko V. Manufacturing and Testing of AC HTS-2 Coil for Small Electrical Motor – Journal of Supercond. Novel Magnet, 2019, DOI: 10.1007/s10948-019-05226-1.
#
1. Sirois F., Grilli F. Potential and limits of numerical modelling for supporting the development of HTS devices, Supercond. Sci. and Technol., 2015, vol. 28, No. 4, p. 043002.
2. Grilli F. Numerical Modelling of HTS Applications - IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2016, vol. 26, No. 3, p. 0500408.
3. Grilli F., Pardo E., Stenvall A., Nguyen D., Yuan W., Gцmцry F. Computation of Losses in HTS Under the Action of Varying Magnetic Fields and Currents — IEEE Trans. on Appl. Supercond., 2014, vol. 24, No. 1, p. 8200433.
4. Gu C., Qu T., Li X., Han Z. AC Losses in HTS Tapes and Devices With Transport Current Solved Through the Resistivity-Adaption Algorithm. — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2013, vol. 23, No. 2, p. 8201708.
5. Hong Z., Yuan W., Ainslie M., Yan Y., Pei R., Coombs T. AC losses of superconducting racetrack coil in various magnetic conditions. — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2011, vol. 21, No. 3, p. 2466.
6. Qufival L., Zermew V., Grilli F. Numerical models for ac loss calculation in large-scale applications of HTS coated conductors, Supercond. Sci. Technol., 2016, vol. 29, No. 2, p. 24007.
7. Prigozhin L., Sokolovsky V. Computing AC losses in stacks of high-temperature superconducting tapes, Supercond. Sci. Technol., 2011, vol. 24, No. 7, p. 075012.
8. Pardo E., Souc J., Frolek L. Electromagnetic modelling of superconductors with a smooth current— voltage relation: variational principle and coils from a few turns to large magnets, Supercond. Sci. Technol., 2015, vol. 28, p. 044003.
9. Bykovsky N., Uglietti D., Wesche R., Bruzzone P. Design of the HTS fusion conductors for TF and CS coils — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2015, vol. 25, p. 4800304.
10. ANSYS Multiphysics, Release 15, ANSYS Inc.
11. Zubko V., Fetisov S., Vysotsky V. Hysteresis Losses Analysis in 2G HTS cables — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2016, vol. 26, No. 3, p. 8202005.
12. Zubko V., Vysotsky V., Fetisov S., Nosov A., Zanegin S. Elektrichestvo — in Russ. (Electrisity), 2014, No. 4,pp. 24—32.
13. Zubko V., Nosov A., Polyakova N., Fetisov S., Vysotsky V. Hysteresis Loss in Power Cables Made of 2G HTS Wires with NiW Alloy Substrate — IEEE Trans. Appl. Supercond., 2011, vol. 21, No. 3, pp. 988—990.
14. Zhang X., Zhong Z., Ruiz H., Geng J., Coombs T. General approach for the determination of the magneto-angular dependence of the critical current of YBCO coated conductors, Supercond. Sci. Technol., 2017, vol. 30, p. 025010.
15. Norris W. Calculation of hysteresis loss in hard superconductors carrying ac: isolated conductors and edges of thin sheet — Journal of Physics D., 1970, vol. 3, pp. 489—495.
16. Zanegin S., Ivanov N., Shishov D., Shishov I., Kovalev K., Zubko V. Manufacturing and Testing of AC HTS-2 Coil for Small Electrical Motor — Journal of Supercond. Novel Magnet, 2019, DOI: 10.1007/s10948-019-05226-1.
Опубликован
2020-05-01
Раздел
Статьи