Modélisation 3D par la MEF et couplage circuit du procédé d'aimantation impulsionnel d'un ensemble de pastilles supraconductrices massives

Jakub Kapek (1) , Kévin Berger (1) , Jean Lévêque (1)

1 GREEN - Groupe de Recherche en Energie Electrique de Nancy

A superconductor can induce currents when exposed to a variation of an external magnetic field, created for example by a pulsed current flowing through a coil. As these induced currents circulate indefinitely, a trapped magnetic field is generated, which is the remaining magnetic field produced by the superconductor alone when the applied magnetic field has disappeared. This process is called Pulse Field Magnetization (PFM). In this article, we are interested in the modeling of the PFM of an array of several High Temperature Superconducting (HTS) pellets. A 3D model has been developed, based on the Finite Element Method (FEM), and coupled with an external electrical circuit. In this model, A and H formulations are coupled using appropriate boundary conditions to take advantage of each other in specific regions. The presented results are the current density during the magnetization process and the trapped magnetic field trapped in the HTS. These results highlight the need to model such a problem in 3D.

Un supraconducteur peut induire des courants lorsqu’il est soumis à une variation de champ magnétique extérieur, créé par exemple par une impulsion courant circulant dans une bobine. Ces courants induits circulant indéfiniment, il en résulte un champ magnétique piégé, qui est le champ magnétique restant produit par le seul supraconducteur quand le champ magnétique appliqué a disparu. Ce procédé est appelé aimantation par un Champ Magnétique Pulsé (CMP). Dans cet article, nous nous sommes intéressés à la modélisation de l’aimantation par CMP d’un arrangement de plusieurs pastilles Supraconductrices à Haute Température Critique (SHTC). Nous avons développé un modèle de calcul 3D basé sur la Méthode des Eléments Finis (MEF) couplé avec un circuit électrique externe. Dans ce modèle, les formulations en A et H sont couplées à l’aide de conditions aux frontières appropriées afin de tirer avantages de chacune d’elles dans des régions spécifiques. Les résultats présentés sont la densité de courant durant le procédé d’aimantation et le champ magnétique piégé dans les SHTC. Ces résultats mettent en évidence la nécessité de modéliser un tel problème en 3D.

Mots clés: champ magnétique intense; couplage circuit; modélisation 3D; processus d’aimantation; supraconducteur

Domaines: Energie électrique; Supraconductivité [cond-mat.supr-con]; Electromagnétisme

Jakub Kapek, Kévin Berger, Jean Lévêque. Modélisation 3D par la MEF et couplage circuit du procédé d'aimantation impulsionnel d'un ensemble de pastilles supraconductrices massives. Jeunes Chercheurs en Génie Électrique (JCGE'2019) - SEEDS, Jun 2019, Saint-Pierre d'Oléron, France. p. 7, id. 269999, 6 p. ⟨hal-02296187⟩