Academic literature on the topic 'Pastilles supraconductrices'

Les pastilles supraconductrices peuvent produire des forts champs magnétiques très supérieurs aux aimants permanents. Plusieurs méthodes d’aimantation de ces pastilles existent néanmoins une seule est principalement utilisée pour les applications en génie électrique, l’aimantation par champ magnétique impulsionnel (Pulsed Field Magnetization). Afin de maîtriser l’aimantation de ces pastilles supraconductrices par PFM, nous avons étudié l’influence de la forme de l’inducteur sur le champ magnétique piégé où nous trouvons une influence significative de la forme de l’inducteur sur le champ piégé dans la pastille supraconductrice. Afin de prévoir la mise en oeuvre des pastilles supraconductrices dans des applications en génie électrique, nous avons étudié l’aimantation de ces pastilles dans un circuit magnétique et l’influence de ce circuit sur le champ piégé. Nous remarquons une nette amélioration du champ piégé dans la pastille en utilisant le circuit magnétique. Nous avons étudié, également, l’influence d’un champ démagnétisant impulsionnel et alternatif sur le champ piégé dans une pastille supraconductrice aimantée. Les dégradations observées ne montrent pas de contre-indication à l’utilisation des pastilles supraconductrices aimantées dans les applications en génie électrique
The superconducting bulks can produce very strong magnetic fields greater than those of permanent magnets can. Several methods of magnetization of the superconducting bulks exist, however one is mainly used for the electrical applications, the Pulsed Field Magnetization. In order to control the magnetization of the superconducting bulks by PFM, we studied the influence of the shape of the inductor on the trapped magnetic field where we find a significant influence of the shape of the inductor on the trapped magnetic field in the anticipate superconducting bulk. In order to the implementation of the superconducting bulk in the electrical applications, we studied the magnetization of these bulks in a magnetic core and the influence of this magnetic core on the trapped magnetic field. We notice an important improvement of the trapped magnetic field in the superconducting bulk by using the magnetic core. We studied also the influence of a pulsed and an alternating demagnetizing field on the trapped magnetic field in a superconducting bulk. The observed degradation does not show any contraindication to use the superconducting magnetic bulks in the electrical engineering applications

Les pastilles supraconductrices peuvent produire des forts champs magnétiques très supérieurs aux aimants permanents. Plusieurs méthodes d’aimantation de ces pastilles existent néanmoins une seule est principalement utilisée pour les applications en génie électrique, l’aimantation par champ magnétique impulsionnel (Pulsed Field Magnetization). Afin de maîtriser l’aimantation de ces pastilles supraconductrices par PFM, nous avons étudié l’influence de la forme de l’inducteur sur le champ magnétique piégé où nous trouvons une influence significative de la forme de l’inducteur sur le champ piégé dans la pastille supraconductrice. Afin de prévoir la mise en oeuvre des pastilles supraconductrices dans des applications en génie électrique, nous avons étudié l’aimantation de ces pastilles dans un circuit magnétique et l’influence de ce circuit sur le champ piégé. Nous remarquons une nette amélioration du champ piégé dans la pastille en utilisant le circuit magnétique. Nous avons étudié, également, l’influence d’un champ démagnétisant impulsionnel et alternatif sur le champ piégé dans une pastille supraconductrice aimantée. Les dégradations observées ne montrent pas de contre-indication à l’utilisation des pastilles supraconductrices aimantées dans les applications en génie électrique
The superconducting bulks can produce very strong magnetic fields greater than those of permanent magnets can. Several methods of magnetization of the superconducting bulks exist, however one is mainly used for the electrical applications, the Pulsed Field Magnetization. In order to control the magnetization of the superconducting bulks by PFM, we studied the influence of the shape of the inductor on the trapped magnetic field where we find a significant influence of the shape of the inductor on the trapped magnetic field in the anticipate superconducting bulk. In order to the implementation of the superconducting bulk in the electrical applications, we studied the magnetization of these bulks in a magnetic core and the influence of this magnetic core on the trapped magnetic field. We notice an important improvement of the trapped magnetic field in the superconducting bulk by using the magnetic core. We studied also the influence of a pulsed and an alternating demagnetizing field on the trapped magnetic field in a superconducting bulk. The observed degradation does not show any contraindication to use the superconducting magnetic bulks in the electrical engineering applications

Aujourd’hui, les supraconducteurs trouvent de nombreuses applications, par exemple dans les câbles, les moteurs, les alternateurs ou la génération de champ magnétiques intenses. Les supraconducteurs sont disponibles sous forme de rubans, de fils ou de matériaux massifs. Le processus d'aimantation des supraconducteurs permet d'obtenir des supraconducteurs massifs avec un champ magnétique piégé de bien plus grande valeur que les aimants classiques à base de fer. Une aimantation correcte est la clé d'un champ magnétique piège très fort. Les travaux développés dans cette thèse concernent la modélisation en 2D et 3D, la conception et la réalisation d’un inducteur pour aimanter un ensemble de pastilles supraconductrices. D'une manière générale, il existe trois techniques d'aimantation des supraconducteurs : Zero Field Cooling (ZFC), Field Cooling (FC) et Pulsed Field Magnetization (PFM). Nous nous concentrons sur la PFM car c’est une solution plus compacte et moins onéreuse comparée aux autres techniques. Le procédé d’aimantation évoqué et tous les phénomènes qui en découlent ont été résolus en se basant sur la méthode des éléments finis (MEF) et à l’aide de différentes formulations. Dans ce travail, nous avons étudié et comparé en 2D et 3D la formulation en A, la formulation en H ainsi qu’une une formulation A – H en couplant les différentes variables sur les frontières des matériaux. La comparaison effectuée a montré les avantages de la formulation A – H dans la modélisation des problèmes liés aux supraconducteurs. En effet, dans certains cas, nous avons montré que l'utilisation de la formulation A – H permet de réduire le temps de simulation. Le modèle développé à partir de cette formulation constitue donc un outil intéressant pour de futurs travaux de dimensionnement et le développement d’applications des supraconducteurs au GREEN. Nous avons également dimensionné et étudié numériquement un modèle complet d’inducteur permettant d’aimanter un ou plusieurs supraconducteurs simultanément. Nous étudions deux configurations : le prototype I pour aimanter un seul supraconducteur (problème 2D) et le prototype II pour aimanter trois supraconducteurs (problème 3D). Ces deux configurations sont résolues en considérant les phénomènes électromagnétiques et thermiques ainsi que le couplage avec les équations du circuit alimentant l’inducteur. Les simulations ont montré que l’élévation de température dans le supraconducteur d’une dizaine de Kelvin générée lors de l’aimantation par PFM affectait le champ magnétique piégé. Il a été observé que la présence d’une ou plusieurs pastilles supraconductrices n’influençait pas l'impulsion de courant dans l’inducteur. Le champ piégé maximal obtenu numériquement pour le prototype I était de 706 mT et de 736 mT pour le prototype II. Les résultats obtenus ont ensuite été comparés aux résultats de la simulation. Cependant, certains supraconducteurs présentaient une forte inhomogénéité de leurs propriétés ce qui a eu pour conséquence de réduire le champ magnétique piégé observé expérimentalement. Des hypothèses ont été faites pour tenter de reproduire numériquement ces inhomogénéités et leurs effets. Néanmoins, ce calcul numérique ne peut se faire que par une modélisation 3D sans utilisation possible de symétries, et conduit à un de temps de calcul pouvant aller jusqu’à plusieurs jours. L'expérimentation avec des prototypes a permis d'obtenir un champ magnétique piégé maximal de 686 mT lors de l’aimantation d’une pastille, tandis qu’il était de 606 mT lorsque plusieurs pastilles ont été aimantées simultanément. Un abaissement de la température par l’utilisation d’un autre fluide cryogénique comme l’hydrogène liquide ou d’un autre système de refroidissement permettrait d’augmenter cette valeur de champ magnétique piégé à des valeurs beaucoup plus intéressantes pour les applications visées en génie électrique
Today, superconductors are used in many applications, for example in cables, motors, alternators or for the generation of strong magnetic fields. Superconductors are available as tapes, wires or bulk materials. The process of magnetising superconductors results in bulk superconductors with a much higher trapped magnetic field than conventional permanent magnets. Proper magnetisation is the key to a very strong trapped magnetic field. The work developed in this thesis concerns the 2D and 3D modelling, design and realisation of an inductor to magnetise a set of superconducting pellets. Generally speaking, there are three techniques for magnetising superconductors: Zero Field Cooling (ZFC), Field Cooling (FC) and Pulsed Field Magnetization (PFM). We focus on PFM because it is a more compact and less expensive solution compared to the other techniques. The mentioned magnetisation process and all the phenomena involved have been solved based on the Finite Element Method (FEM) and using different formulations. In this work, we studied and compared in 2D and 3D the A-formulation, the H-formulation and an A-H formulation by coupling the different variables on the material boundaries. The comparison showed the advantages of the A-H formulation in modelling superconducting problems. Indeed, in some cases, we have shown that the use of the A-H formulation allows to reduce the simulation time. The model developed from this formulation is therefore an interesting tool for future dimensioning work and the development of superconductor applications at GREEN laboratory. We have also dimensioned and numerically studied a complete inductor model allowing one or more superconductors to be magnetised simultaneously. We study two configurations: prototype I for magnetising a single superconductor (2D problem) and prototype II for magnetising three superconductors (3D problem). Both configurations are solved by considering the electromagnetic and thermal phenomena as well as the coupling with the circuit equations feeding the inductor. The simulations showed that the temperature rise in the superconductor of about 10 Kelvin generated during the PFM magnetisation affected the trapped magnetic field. It was observed that the presence of one or more superconducting bulks did not affect the current pulse in the inductor. The maximum trapped field obtained numerically for prototype I was 706 mT and 736 mT for prototype II. The results obtained were then compared with the simulation results. However, some of the superconductors exhibited strong inhomogeneity in their properties, which resulted in a reduction in the experimentally observed trapped magnetic field. Hypotheses were made to try to reproduce numerically these inhomogeneities and their effects. However, this numerical calculation can only be done by 3D modelling without the possibility of using symmetries, and leads to a calculation time of up to several days. Experimentation with prototypes resulted in a maximum trapped magnetic field of 686 mT when one pellet was magnetised, while it was 606 mT when several pellets were magnetised simultaneously. Lowering the temperature by using another cryogenic fluid such as liquid hydrogen or another cooling system would increase this trapped magnetic field value to much higher values for the targeted electrical engineering applications

Dans le cadre de la lutte contre le changement climatique, l'industrie aéronautique s'est fixé pour objectif la neutralité carbone totale en 2050. Pour cela, l'emploi de technologies de rupture est nécéssaire pour réduire les émissions de ce secteur en forte croissance. Parmi ces technologies, on retrouve l'électrification mais dont le déploiement nécessite de disposer de machines électriques à forte puissance spécifique. Dans ce contexte la supraconductivité peut être une voie d'amélioration pour les machines électriques grâce aux fortes densités de courant ainsi qu'aux champs magnétiques intenses qu'il est possible de générer avec les matériaux supraconducteurs. L'inconvénient principal de cette technologie est la nécessité de fonctionner à des températures cryogéniques. Cependant, la perspective de l'emploi par les avions de l'hydrogène liquide comme carburant, transporté à -253 °C, présente une synergie avec la supraconductivité. C'est dans ce cadre que se placent les travaux de cette thèse qui a pour but d'étudier l'utilisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique pour le développement d'un moteur supraconducteur à haute puissance spécifique employant une topologie originale appelée « machine à modulation de flux ». Cette structure de machine est étudiée depuis plusieurs années à l'Université de Lorraine au sein du Groupe de Recherche en Énergie Électrique de Nancy (GREEN), laboratoire dans lequel cette thèse s'est déroulée. Les travaux relatés dans ce manuscrit interviennent dans le cadre d'une convention CIFRE avec l'entreprise SAFRAN. Afin de permettre l'étude de cette machine, ce mémoire comporte deux chapitres dédiés à la modélisation électromagnétique semi-analytique d'une machine à modulation de flux axiale. L'objectif de ce modèle est de permettre un calcul rapide et précis du couple et des pertes d'une machine. L'utilisation de ce modèle dans le chapitre suivant permet d'aboutir au dimensionnement électromagnétique d'un démonstrateur de 260 kW. Ce dimensionnement tient en outre compte des différentes contraintes techniques et logistiques rencontrées. Un cinquième chapitre détaille la construction en cours du démonstrateur et sa structure mécanique et cryogénique. Enfin le dernier chapitre de ce manuscrit porte sur l'extrapolation des résultats expérimentaux dans le but d'évaluer les performances potentielles des machines à modulation de flux à plus forte puissance
As part of the fight against climate change, the aeronautics industry has set itself the goal of becoming totally carbon neutral by 2050. To achieve this, the use of disruptive technologies is necessary to reduce the emissions of this fast-growing sector. Among these technologies, we find electrification, but its deployment requires high specific power electrical machines. In this context, superconductivity can be a way of improving electrical machines thanks to the high current densities and intense magnetic fields that can be generated with superconducting materials. The main drawback of this technology is the need to operate at cryogenic temperatures. However, the prospect of aircraft using liquid hydrogen as a fuel, transported at -253°C, presents a synergy with superconductivity. It is in this context that the work of this thesis is placed, which aims to study the use of high critical temperature superconducting materials for the development of a high specific power superconducting engine employing an original topology called "flux modulation machine". This machine structure has been studied for several years at the University of Lorraine within the Groupe de Recherche en Énergie Électrique de Nancy (GREEN), the laboratory in which this thesis was carried out. The work reported in this manuscript is part of a CIFRE agreement with the company SAFRAN. In order to allow the study of this machine, this thesis includes two chapters dedicated to the semi-analytical electromagnetic modelling of an axial flux modulation machine. The objective of this model is to allow a fast and accurate calculation of the torque and losses of a machine. The use of this model in the following chapter leads to the electromagnetic dimensioning of a 260 kW demonstrator. This design also takes into account the various technical and logistical constraints encountered. A fifth chapter details the ongoing construction of the demonstrator and its mechanical and cryogenic structure. Finally, the last chapter of this manuscript deals with the extrapolation of the experimental results in order to evaluate the potential performances of flux modulation machines at higher power