- Tytuł:
-
Modelowanie elektrycznych urządzeń nadprzewodnikowych
Modelling of electric superconducting devices - Autorzy:
- Kozak, S.
- Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/158914.pdf
- Data publikacji:
- 2005
- Wydawca:
- Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
- Tematy:
-
modelowanie numeryczne
nadprzewodnictwo
urządzenia nadprzewodnikowe - Opis:
-
Szczególne właściwości nadprzewodników umożliwiają budowę urządzeń elektrycznych o parametrach nieosiągalnych przy stosowaniu materiałów konwencjonalnych. Urządzenie elektryczne nazywamy nadprzewodnikowym, jeżeli w swej budowie zawiera elementy wykonane z nadprzewodnika i pracujące w stanie nadprzewodzącym. Badania eksperymentalne urządzeń nadprzewodnikowych są kosztowne i czasochłonne. Modele numeryczne zweryfikowane wynikami badań eksperymentalnych pozwalają na badanie kompleksowe oraz analizę zjawisk zachodzących w urządzeniach nadprzewodnikowych. Badać i analizować można wzajemne wpływy parametrów i wielkości fizycznych, których pomiar byłby trudny czy wręcz niemożliwy. Zmiana geometrii urządzeń w modelach numerycznych nie pociąga za sobą wysokich kosztów związanych z budową modeli fizycznych urządzeń nadprzewodnikowych. Elektryczne urządzenia nadprzewodnikowe buduje się jako stałoprądowe oraz przemiennoprądowe, z ruchomymi częściami i bez ruchomych części. Zjawiska w nich zachodzące są różnej natury: termicznej, elektrycznej, magnetycznej w środowiskach liniowych i nieliniowych. Ponadto praca urządzeń nadprzewodnikowych jest związana ze zjawiskami ruchu i zderzeniami cząstek, z hydrodynamiką roztworów i zawiesin, z naprężeniami mechanicznymi i z innymi zjawiskami. Każdy rodzaj urządzeń wymaga więc innego podejścia przy tworzeniu modeli numerycznych uwzględniającego specyfikę pracy, budowę i zjawiska decydujące o działaniu. W pracy omówione zostały główne zagadnienia dotyczące budowy urządzeń nadprzewodnikowych i ich chłodzenia mające związek z modelowaniem numerycznym urządzeń nadprzewodnikowych. Zaprezentowano trzy sposoby tworzenia modeli numerycznych urządzeń nadprzewodnikowych: modele numeryczne utworzone w narzędziowym programie polowo-obwodowym FLUX2D, numeryczne modele hybrydowe wykorzystujące własne programy obliczeniowe autora, sterujące współpracą z narzędziowymi programami polowymi FLUX2D i PC-OPERA oraz model numeryczny wykorzystujący własny program obliczeniowy. Wykazano, że poprzez zaawansowane programowanie oraz odpowiednie wykorzystanie polowo-obwodowych programów narzędziowych można tworzyć modele numeryczne urządzeń nadprzewodnikowych, W pracy przedstawiono dziesięć szczegółowych modeli numerycznych i matematycznych uwzględniających specyfikę zjawisk w krioprzepustach prądowych, nadprzewodnikowych elektromagnesach SMES-ów i separatorów magnetycznych, nadprzewodnikowych separatorach magnetycznych oraz nadprzewodnikowych ogranicznikach prądu. Modele numeryczne zweryfikowane zostały badaniami eksperymentalnymi.
Special properties of the superconductors allow to build the electric devices that have the parameters impossible to be reached while using conventional materials. The electric device can be called superconducting when it contains elements made of the superconductor and working in a superconducting state. Experimental research on the superconducting devices is expensive and time-consuming. Numerical models verified by the results of the experimental research facilitate as well complete examination of superconducting devices as an analysis of phenomena thet take place inside the superconducting devices. They allow for examining and analysing the mutual influence of parameters and physical quantities that would be difficult or even impossible to be measured. The change of geometry of the numerical models of the devices does not involve high expenditure connected with building physical models of the superconducting devices. The electric superconducting devices are built as DC or AC ones, with or without mobile parts. The phenomena that occur inside them are of different nature: thermal, electric, magnetic in linear or non-linear environment. Moreover, the running of superconducting devices is connected with the phenomena of movement and collisions of the particles; with hydrodynamics of the solutions and the suspensions; with mechanical stress, and other effects. For this reason, while creating the numerical models, every kind of device needs individual treatment, involving the special conditions of working, a structure, and the phenomena that influence the running. The main problems, concerning the building and cooling of superconducting devices, and connected with numerical modelling of them, have been described in this paper. Three ways of creating numerical models of the superconducting devices have been presented: the numerical models created by using the CAD FEM-circuit program FLUX2D; the hybrid numerical models that use the author's own calculating programs which control the cooperation with the CAD FEM-circuit programs FLUX2D and PC-OPERA; and the numerical model that uses the author's own calculating program only. It has been demonstrated that thanks to the advanced programming and using the CAD FEM-circuit programs properly, it is possible to create the numerical models of the superconducting devices. Ten detailed mathematical-numerical models, including the speciality of the phenomena taking place inside the current leads, the superconducting magnets for magnetic separators and SMES, the superconducting magnetic separators, and the superconducting fault current limiters, have been presented in this paper. The numerical models have been verified by the experimental research. - Źródło:
-
Prace Instytutu Elektrotechniki; 2005, 221; 4-160
0032-6216 - Pojawia się w:
- Prace Instytutu Elektrotechniki
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł