풍력발전 시스템용 고온 초전도 (HTS) 발전기는 높은 효율과 기존 발전기에 비해 작은 크기로 제작이 가능한 이점을 가지고 있다. 그러나 고온 초전도 발전기는 높은 전류 밀도와 자기장으로 인해 HTS 계자 코일에 작용하는 로렌츠 힘에 따른 문제가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 계자 코일 구조에 따른 750 kW 급 초전도 풍력 발전기에 대한 모듈화 된 HTS 계자 코일의 특성 분석을 다룬다. 모듈화 된 HTS 필드 코일의 구조는 3D 유한 요소법을 사용하여 얻은 전자기 및 기계 분석 결과를 기반으로 설계하였고 모듈 코일의 전자기력도 분석하였다. 그 결과, HTS 코일의 수직 자기장과 최대 자기장은 각각 2.5 T와 3.9 T로 나타났다. 지지대의 최대 응력은 유리 섬유 강화 플라스틱 재료의 허용 응력보다 작았으며, 변위는 허용 범위 이내로 발생하였다. HTS 모듈 코일 구조의 설계 사양 및 결과는 대용량 초전도 풍력 발전기 개발에 효과적으로 활용될 수 있다.
초전도 동기모터는 공심형의 구조로 인하여 3차원적인 해석을 수행해야 정확한 출력 특성을 예측할 수 있다. 본 논문에서는 3차원 유한요소해석을 통하여 초전도 동기모터의 역기전력을 산정하고, 이를 이용하여 부하에 따른 효율, 역률, 부하각, 고정자 전류 등을 예측하여 적합한 설계안을 도출하고자 한다. 특히 계자코일에 사용되는 고온초전도 선재의 가격이 현재 3~4 만원/m 정도로 고가이므로, 코일의 턴수를 변화시키면서 역기전력을 계산하여 적정 설계안을 도출하고자 한다.
Six different types of joining between two parallel high Tc super-conducting tapes were prepared and I-V characteristic curves were obtained at the atmosphere of liquid nitrogen. Resistances in joint parts were estimated from I-V curves. We selected the best jointing method among these six methods and its availability for fabricating HTS field coils is discussed.
Commercial eddy current dynamometers control the torque of rotating body, power supply machine, with the field coil current being operated as a braking force. In this paper, we studied the relation between field coil current and torque load of eddy current dynamometer. By the torque measuring analysis of eddy current dynamometer it is linear relation between the brake force measured from a torque meter which is installed at the case of dynamometer and the multiplied shaft rpm by the squares of field coil current (N$\times$I$^2$). To prove the relation, it was experimented and showed that the torque operated by the rotating body can be measured with the shaft rpm and the field coil current of the eddy current dynamometer. This result shows a possibility that eddy current dynamometer can measure the torque of rotating body without a torque measuring device. such as load cell.
많은 풍력회사들은 큰 용량, 작은 크기 및 가벼운 무게의 풍력 발전기를 개발하기 위해 노력해 왔다. 고온초전도 풍력발전기는 기존의 풍력 발전기에 비해 부피와 중량을 줄일 수 있기 때문에 풍력 발전시스템에 더 적합하다. 그러나 고온초전도 발전기는 큰 진공 용기 및 계자 코일의 유지 보수가 어려운 문제를 가지고 있다. 이러한 문제는 고온초전도 계자 코일의 모듈화를 통해 해소될 수 있다. 그런데 고온초전도 모듈 코일에는 직류 전류를 전달하기 위한 전류 리드가 필요하며, 이는 큰 열전달 부하를 발생시킨다. 따라서 전류 리드는 전도 및 Joule 열 부하를 줄이기 위해 최적으로 설계되어야 한다. 본 논문에서는 750 kW급 고온초전도 발전기에 대한 모듈 코일의 구조 설계 및 열 해석을 다루었다. 모듈 코일의 전도 및 복사열 해석은 3D 유한요소법 프로그램을 사용하여 분석하였으며, 그 결과 총 열부하는 극저온 냉각장치의 냉각 용량보다 작았다. 본 논문에서 제시한 설계 및 해석결과는 풍력 발전시스템의 초전도 발전기 개발에 효과적으로 활용할 수 있을 것이다.
The value of I$_{c}$(critical current) in HTS (High Temperature Superconducting) tape has a great influence on B(equation omitted) (magnetic field amplitude applied perpendicular to the tape surface). Therefore, I$_{c}$ of HTS magnet is determined by not only operating temperature but also the B(equation omitted). In shape design of field coil for the HTS motor, a method to reduce the B(equation omitted) and to determine operating current should be considered in order to optimal design. On the basis of the magnetic field analysis, this paper deals with various field coil shape to obtain operating current of HTS motor by using analytical method. And also this paper discusses the operating current of 100hp class HTS motor by using I$_{c}$-B(equation omitted) curve.curve.
This paper proposes a performance improvement of synchronous generator using exciter control with field coils parameter estimation technique. In general, the generator excitation system controller uses the PID controller. When the Field winding impedance changed, the PID gains must be changed. General method is difficult to apply varying capacity of the synchronous generator. The proposed control method determine automatically measure the internal impedance of the synchronous generator's exciter and configure the controller. This method can be applied regardless of the generator capacity. So it is possible to apply a variety of synchronous generator systems. The validity of the proposed algorithm is verified by simulations and experiments.
한국초전도저온공학회 1999년도 제1회 학술대회논문집(KIASC 1st conference 99)
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pp.34-38
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1999
An acoustic emission(AE) technique has been used to monitor and diagnose quenching phenomenon in racetrack shaped superconducting magnets at cryogenic environment of 4.2K. The ultimate goal is to ensure the safety and reliability of large superconducting magnet systems by being able to identity and locate the sources of quench in superconducting magnets. The characteristics of AE parameters have been analyzed by correlating with quench number, winding tension of superconducting coil and charge rate by transport current. It was found in this study stat there was good correlation between quench current and AE parameters. The source location of quenching in superconducting magnet was also discussed on the correlation between magnet voltage and AE energy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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