Magnetization Modeling of Twisted Superconducting Filaments

This paper presents a new Finite Element numerical method to analyze the coupling between twisted filaments in a superconducting multifilament composite wire. To avoid the large number of elements required by a 3D code, the proposed method makes use of the energy balance principle in a 2D code. The relationship between superconductor critical current density and local magnetic flux density is implemented in the program for the Bean and modified Kim models. The modeled wire is made up of six filaments twisted together and embedded in a lowresistivity matrix. Computations of magnetization cycle and of the electric field pattern have been performed for various twist pitch values in the case of a pure copper matrix. The results confirm that the maximum magnetization depends on the matrix conductivity, the superconductor critical current density, the applied field frequency, and the filament twist pitch. The simulations also lead to a practical criterion for wire design that can be used to assess whether or not the filaments are coupled

Perturbation Finite Element Method for Efficient Copper Losses Calculation in Switched Reluctance Machines

Copper losses dissipated in the windings of electric machines are the sum of classical ohmic dc losses and additional ac eddy current losses. In fact, the level of eddy current losses is strongly correlated with the manner of disposition of coil conductors in machine slots. Then, to improve the efficiency in electric machines, the selection of an optimal winding configuration becomes substantial. Since eddy current losses derive from the strong electromagnetic coupling between current density and time-dependent magnetic field, which cannot be solved easily, numerical analyses, such as particularly the one using the finite element (FE) method, are often used. As for the FE modeling, it can employ moving band technique to perform the rotor motion and Newton-Raphson iterations to deal with the nonlinear behavior of magnetic circuits. It leads then to a substantial computational time that hinders any process of conception or optimization of winding geometries. To overcome this issue, a 2-D FE model reduction based on the perturbation method is proposed. It starts from one approximate FE solution of a simplified complete machine modeling to find fast but accurate solutions in slots subdomains when any variation of geometrical or physical data occurs. It allows adapting nonconforming meshes and provides clear advantages in repetitive analyses when we search the optimized winding configuration for a given number of turns. © 1965-2012 IEEE

Modélisation des phénomènes électromagnétiques dans les matériaux supraconducteurs

This paper describes a numerical method to determine the losses in a solid superconductor plunged in transverse magnetic field or in transport current. The model which is based on the Bean critical state, shows that the hysteretic phenomena are taken in account

Courants de Foucault dans les pièces polaires d'une machine synchrone

Cet article est consacré aux pertes supplémentaires créées par les courants de Foucault, se développant dans les parties massives d'un pôle saillant d'une machine synchrone alimentée par des ondes de courant chargées en harmoniques. Les résultats sont obtenus à partir de la résolution de l'équation de diffusion magnétique. Pour cela, la technique utilisée est la méthode des éléments finis, appliquée à un modèle bidimensionnel. Les effets de la fréquence des phénomènes sont étudiés ainsi que les distributions temporelle et spatiale des courants de Foucault dans le rotor. La réduction des pertes par un cuivrage du pôle est abordée. Les résultats sont relatifs à une machine de 10 kW

Utilisation d'une formulation mixte (éléments finis-intégrale de frontière) pour modéliser les systèmes électromagnétiques

Dans cet article, nous présentons une formulation intégrale de Trefftz appliquée à l'étude des phénomènes électromagnétiques. Nous montrons comment, en couplant cette méthode avec celle des éléments finis, on peut étendre le champ d'investigation de la méthode des éléments finis. Pour valider la méthode, nous modélisons un électro-aimant, les résultats numériques sont comparés aux résultats expérimentaux

Magnetization of coupled and non-coupled superconducting filaments with dependence of current density on applied field

In the LHC main magnets, persistent currents in the superconducting filaments determine the quality of magnetic field at an injection field. It is thus necessary to examine the magnetization of the superconducting filaments during production of the cable strands. The prediction of the magnetization can be based on numerical solutions obtained by using the finite element method. The magnetization curves of coupled and non-coupled superconducting filaments in two dimensions have been computed. In addition, the dependence of the current density according to the magnetic field have been taken into account . The effect of the space between the filaments has also been studied

Courants de Foucault dans les pièces polaires d'une machine synchrone

This paper concerns an investigatiôn of eddy currents and additional losses in solid parts of current fed salient pole synchronous machines. The results are obtained by the solution of the magnetic field diffusion equation. Eddy currents are determined using the finite elements method in a two dimensional machine section. The effects of working frequencies and the distributions of eddy-currents in space and in time are studied and discussed. The introduction of a distributed copper damper winding on the pole surface in the model is also discussed.Cet article est consacré aux pertes supplémentaires créées par les courants de Foucault, se développant dans les parties massives d'un pôle saillant d'une machine synchrone alimentée par des ondes de courant chargées en harmoniques. Les résultats sont obtenus à partir de la résolution de l'équation de diffusion magnétique. Pour cela, la technique utilisée est la méthode des éléments finis, appliquée à un modèle bidimensionnel. Les effets de la fréquence des phénomènes sont étudiés ainsi que les distributions temporelle et spatiale des courants de Foucault dans le rotor. La réduction des pertes par un cuivrage du pôle est abordée. Les résultats sont relatifs à une machine de 10 kW

Utilisation d'une formulation mixte (éléments finis-intégrale de frontière) pour modéliser les systèmes électromagnétiques

In this paper, the study of electromagnetic phenomenon using the Trefftz integral method is presented. We show how to combine this method with finite elements method and how such hybrid formulation can be used to study both linear or infinite domains. An electro-magnet is studied with the help of this hybrid formulation and calculated results are compared with experimental ones to verify the validity of the method.Dans cet article, nous présentons une formulation intégrale de Trefftz appliquée à l'étude des phénomènes électromagnétiques. Nous montrons comment, en couplant cette méthode avec celle des éléments finis, on peut étendre le champ d'investigation de la méthode des éléments finis. Pour valider la méthode, nous modélisons un électro-aimant, les résultats numériques sont comparés aux résultats expérimentaux

Prise en compte du mouvement dans la détermination numérique des courants de Foucault dans une structure électromagnétique

La détermination des courants de Foucault dans les systèmes électromagnétiques par une méthode d'éléments finis nécessite souvent une modélisation dynamique. Les auteurs rendant compte du mouvement grâce à l'utilisation d'un macro-élément, déterminent l'expression discrétisée des courants en tous points du système dans un repère approprié. Ceci étant fait, ils exposent l'algorithme permettant de trouver les courants de Foucault et donnent un exemple de calcul