Synchronous machine using bulk superconductors : design, realisation and experimentation
Machine synchrone à plots supraconducteurs : Etude et réalisation
Résumé
We have designed and tested an 8-pole superconducting machine. The inductor is based on the principle of flux concentration using bulk superconductor. This principle allowed a high variation of the magnetic flux induction in the air-gap of the machine. Calculations have been carried out in two steps. Firstly, the magnetic scalar potential is calculated using the Monte Carlo method. Secondly, using the regularisation method the magnetic flux density is obtained by the derivation of the magnetic scalar potential. Theoretical study of a several MW machine has been developed, it allows to compare results obtained with different kind of high and low temperature superconductors. This study shows the advantages of the BiSrCaCuO high temperature superconductor wire especially cooled to 4,2 K. The realised machine has a stationary inductor and a rotating armature. This configuration is selected to simplify the cooling system. A cryostat is designed for a sufficient test period. The tests results show the feasibility of the flux concentration principle to realise an electrical machine.
Nous avons conçu, réalisé et testé une machine supraconductrice à 8 pôles. L'inducteur est basé sur le principe de la concentration de flux entre des plots supraconducteurs. Ce principe permet d'avoir une forte variation de l'induction magnétique dans l'entrefer de la machine. Les calculs s'effectuent en deux étapes. Dans un premier temps, le potentiel scalaire magnétique est déterminé en utilisant la méthode de Monte Carlo. La dérivation de ce potentiel permet d'avoir l'induction magnétique dans l'entrefer de la machine et sur le fil supraconducteur utilisé. L'étude théorique d'une machine de plusieurs MW a été faite, elle a permis de comparer les résultats obtenus avec différents types de supraconducteurs à basse et à haute température critique. Cette étude a montré l'intérêt d'utiliser, en particulier, des fils en BiSrCaCuO refroidi à 4,2 K. Afin d'avoir un système de refroidissement plus simple, nous avons opté pour une machine à inducteur fixe et induit tournant. Un cryostat a été conçu et réalisé pour permettre une autonomie suffisante pendant les tests de la machine. Les résultats des tests montrent la validité du principe de la concentration de flux pour construire des machines électriques de hautes performances.