AC losses in superconductors : a multi-scale approach for the design of high current cables

par Guillaume Escamez

Thèse de doctorat en Genie electrique

Sous la direction de Pascal Tixador et de Gérard Meunier.

Le président du jury était Christophe Geuzaine.

Le jury était composé de Philippe Masson, Christian-Eric Bruzek, Arnaud Badel, Brahim Ramdane.

Les rapporteurs étaient Bruno Douine, Marco Breschi.

  • Titre traduit

    Pertes AC dans les supraconducteurs : une approche multi-échelle pour le dimensionnement de câbles fort courant


  • Résumé

    Le travail de cette thèse porte sur l'étude des pertes AC dans les supraconducteurs pour des applications tels que les câbles ou les aimants. Les modélisations numériques rapportées sont de type éléments-finis et méthode intégrale. Toutes ces méthodes visent à résoudre à calculer les distributions de densité de courant et de champ magnétique en prenant en compte différents loi de comportement pour le supraconducteur. Deux conducteurs sont introduits dans ce mémoire. Tout d'abord, les supraconducteurs à haute température critiques sont étudiées avec l'introduction d'une nouvelle forme de conducteur (fils cylindriques) et sont envisagés pour des câbles fort courant de 3~kA. Dans un second temps, des simulations numériques 3-D sont réalisés sur un conducteur MgB2. Le chapitre suivant traite des contraintes de calculs des pertes dans le but de dimensionner l'ensemble des pertes d'un câble complet. Enfin, les modèles numériques développés précédemment sont utilisé sur un exemple concret : le démonstrateur 10~kA fait à l'aide du conducteur MgB2 dans le projet BEST-PATHS


  • Résumé

    The work reported in this PhD deals with AC losses in superconducting material for large scale applications such as cables or magnets. Numerical models involving FEM and integral methods have been developed to solve the time transient electromagnetic distributions of field and current density with the peculiarity of the superconducting constitutive E-J equation. Two main conductors have been investigated for two ranges of superconducting cables. First, REBCO superconductors working at 77 K are studied and a new architecture of conductor (round wires) for 3~kA cables. Secondly, for very high current cables, 3-D simulations on MgB2 wires are approach and solved using FEM modeling. The following chapter introduced new development used for the calculation of AC losses in DC cables. The thesis ends with the use of the developed numerical model on a practical example in the BEST-PATHS project: a 10 kA MgB2 demonstrator.


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