[논문]고온초전도 더블 팬케이크 권선에서 발생하는 교류손실 측정

이승욱; 이희준; 임형우; 차귀수; 이지광

고온초전도 더블 팬케이크 권선에서 발생하는 교류손실 측정
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이승욱 (순천향대학교 전기공학과) , 이희준 (순천향대학교 전기공학과) , 임형우 (순천향대학교 전기공학과) , 차귀수 (순천향대학교 전기공학과) , 이지광 (우석대학교 전기공학과)

AC loss which is generated in an HTS wire varies with the direction of the magnetic field. This paper calculated and measured the AC loss in the HTS double pancake windings. Brandt equation is used to calculate the loss by perpendicular magnetic field. Calorimetric method is used to measure the AC loss. Results of calculated AC loss are compared with measured AC loss.

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문제 정의

본 논문에서는 초전도 권선에서 발생하는 손실계산을 자장의 방향을 고려하여 계산하였다. 계산 방법의 신뢰성을 확인하기 위하여 해석에 사용한 초전도 더블 팬케이크형 권선을 제작하고 열량법을을 사용하여 초전도 권선에서 발생하는 손실을 측정하여 비교하였다.

제안 방법

열량 법에 의한 손실 실험은 그림 5 (a)와 같이 중공형 저온용기안에 제작된 초전도 더블 팬케 이크 권선을 넣어 저온 용기의 시간당 증발량을 측정하였다. (b)는 실험에 사용한 권선 1과 권 선 2를 연결한 그림이다.
본 논문에서는 초전도 권선에서 발생하는 손실계산을 자장의 방향을 고려하여 계산하였다. 계산 방법의 신뢰성을 확인하기 위하여 해석에 사용한 초전도 더블 팬케이크형 권선을 제작하고 열량법을을 사용하여 초전도 권선에서 발생하는 손실을 측정하여 비교하였다.
수직 방향 성분의 자장은 Brandt 식을 이용하여 손실을 계산하였다. 계산된 교류 손실 값의 타당성을 확인하기 위하여 더블 팬케이크 형태의 고온 초전도 권선을 제작하고 저온 용기에서의 액체질소 증발량을 이용한 열량법을 사용하여 교류 손 실을 측정하여, 계산된 손실 값과 측정된 손실 값을 비교하였다.
철심의 전체 크기는 330mmx680mm이다. 권선 1에 교류 전류을 인가하고 권선 2에서 발생하는 유도되는 전류를 계산하였다. 더블 팬케이크형 초전도 권선 1에 7.
본 논문에서는 권선에서 발생하는 교류 손실 을 계산하기 위하여 수치해석을 이용하여 초전도 권선에서 발생되는 자장을 수평 성분의 자장과 수직 성분 자장으로 나누어 계산하였다. 수직 방향 성분의 자장은 Brandt 식을 이용하여 손실을 계산하였다.
손실 측정을 위해 더블 팬케이크형 권선을 제작하였다. 제작된 더블 팬케이크형 권선의 사양은 표 1과 같다.
저온 용기의 증발량 측정은 질소레벨메타를 이용하여 측정하였으며, 측정의 정확성을 위하여 같은 조건을 주어 수회 반복하여 실험하였다.
제작된 더블 팬케이크형 초전도 권선 손실을 계산하기 위하여 상용프로그램을 사용하여 권선에서 발생하는 자장을 이용하여 손실을 계산하였다. 해석에 사용한 철심의 폭은 82mm이고.
여기서는 초전도 권선에 전류인가시 발생하는 전체손실이며, Qgw은 저온 용기의 자연 증발량, Q currM心는 전류도입선에의 한 손실이다. 초전도 권선에서 발생하는 손실을 알기 위해서 저온 용기의 자연 증발 손실 값을 측정 하였다 . 저온용기에서 발생하는 자연 증발 손실 값은 17.
17mm, 임계전류는 77K에서 70A이다. 초전도 선재 권선 시 0.2mm의 절연물로 절연하여 권선 하였다.
고온초전도 선재에서의 교류 손실은 자기장의 방향에 따라 크게 영향을 받게 되므로 선재에 가해지는 자장의 방향을 고려하여 손실을 계산해야 한다. 초전도선에 가해지는 자장을 초전도 선재의 좁은 면으로 가해지는 수평 방향 자장과 선재의 넓은 면으로 가해지는 수직 방향 자장으로 나누어서 교류 손실을 계산한다.

대상 데이터

권선 1의 임계전류는 41A로 측정되었으며, 권선 2의 임계전류는 40A이다. 권선에 사용된 초전도 선재의 길이는 각각 29.Im이 다.
그림 2는 제작된 더블 팬케이크형 권선이다. 권선의 내측과 외측 반지름은 각각 91mm, 141mm이며 보빈의 두께는 15mm이며, 재질은 G-10 FRP로 제작하였다.
제작된 더블 팬케이크형 권선의 사양은 표 1과 같다. 더블 팬케이크형 권선 두 개를 제작하였으며, 권선수는 44 턴, 권선된 초전도 선재의 길이는 29.1m이다. 권선에 사용된 초전도선은 Bi-2223 계열의 은으로 둘러싸여진 트위스트 되지 않은 필라멘트구조 를 가지며, 단면적은 2.
해석에 사용한 철심의 폭은 82mm이고. 창의 가로와 세로의 길이는 각각 166mm, 516mm이다. 철심의 전체 크기는 330mmx680mm이다.
제작된 더블 팬케이크형 초전도 권선 손실을 계산하기 위하여 상용프로그램을 사용하여 권선에서 발생하는 자장을 이용하여 손실을 계산하였다. 해석에 사용한 철심의 폭은 82mm이고. 창의 가로와 세로의 길이는 각각 166mm, 516mm이다.

이론/모형

본 논문에서는 권선에서 발생하는 교류 손실 을 계산하기 위하여 수치해석을 이용하여 초전도 권선에서 발생되는 자장을 수평 성분의 자장과 수직 성분 자장으로 나누어 계산하였다. 수직 방향 성분의 자장은 Brandt 식을 이용하여 손실을 계산하였다. 계산된 교류 손실 값의 타당성을 확인하기 위하여 더블 팬케이크 형태의 고온 초전도 권선을 제작하고 저온 용기에서의 액체질소 증발량을 이용한 열량법을 사용하여 교류 손 실을 측정하여, 계산된 손실 값과 측정된 손실 값을 비교하였다.

성능/효과

이는 측정시의 오차로 생각된다. 실험 결과 해석식을 사용한 교류 손실 계산은 타당성이 있다고 생각된다.

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