• Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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• v.24 no.2
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• pp.33-40
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• 2019

Many companies have tried to develop wind power generators with a larger capacity, smaller size and lighter weight. High temperature superconducting (HTS) generators are more suitable for wind power systems because they can reduce volume and weight compared with conventional generators. However, the HTS generator has problems such as huge vacuum vessel and the difficulty of repairing the HTS field coils. These problems can be overcome through the modularization of the HTS field coil. The HTS module coil require a current leads (CLs) for deliver DC current, which causes a large heat transfer load. Therefore, CLs should be designed optimally for reducing the conduction and Joule heat loads. This paper deals with a structural design and thermal analysis of a module coil for a 750 kW-class HTS generator. The conduction and radiation heat loads of the module coils were analysed using a 3D finite element method program. As a result, the total thermal load was less than the cooling capacity of the cryo-cooler. The design results can be effectively utilized to develop a superconducting generator for wind power generation systems.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.1122-1123
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• 2015

본 논문에서는 회전전기자형 고온초전도 발전기의 이중 계자를 제안하고 설계를 하였다. 기존의 동기발전기는 회전자가 계자이지만, 본 논문에서는 전기자를 회전자로 설계하였다. 고정자인 계자는 전기자의 내측과 외측에 위치하게 설계하여 이중계자라고 하였다. 초전도 선재는 제조사에 의해 규격이 정해져있다. 계자에 대전류를 사용하기 위해서는 적층등의 방법들이 있다. 적층하여 구리 권선으로 계자를 권선시 저항과 인덕턴스의 불균등을 제거하기 위하여 구리 권선을 일정한 간격으로 위치를 변환시키는 전위의 방법이 사용된다. 하지만 초전도 선재의 경우는 꺽기, 비틀기등의 방법이 불가능하므로 이 방법을 사용할 수 없다. 그래서 선재를 펀칭하여 선재를 전위시키는 CTCC(Continuously Transposed Coated Conductors) 등의 방법을 사용한다. 본 연구에서는 CTCC 형태의 초전도 권선을 사용하여 기본 모델과 이중계자 권선을 설계하고 특성을 비교하였다. 초전도 선재를 적층하여 사용함으로 계자부의 면적은 증가하지만 인덕턴스, 길이등의 불균등을 제거할 수 있으며 적층 선재수가 증가할수록 계자부 면적은 감소하는 장점이 발생한다.

• Journal of the KSME
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• v.27 no.3
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• pp.180-186
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• 1987

초전도 교류발전기는 성능 및 경제성으로 볼 때 종래의 발전기 보다 우수하며 대단위 용량기의 가능성도 커서 세계의 선진각국에서 연구개발을 계속하고 있으며 2000년대에는 1000MVA급 초 전도 발전기의 실용화가 확실시되고 있다. 특히 근래에 교류 초전도체의 개발로 전기 자권선 까지 초전도화가 가능(13)하게 되고 이것을 계자회로에 이용하면 속응여자(fast response excitation)방식 초전도 발전기도 가능하게 된다. 또한 고온 초전도 재료의 개발은 초전도 발전 기의 냉각문제를 더욱 용이하게 할 수 있으므로 초전도 발전기의 실용화는 더욱 앞당겨지리라 생각된다. 초전도 발전기의 개발기술은 정밀가공, 초고진공, 극저온, 초고자력 등 기반기술과 초전도 등 미래기술의 복합체이다. 국내에서는 아직도 이에 대한 연구가 산발적으로 이루어지고 있는 실정인데 앞으로는 국가주도형으로 정하여 장기적이고 조직적인 연구개발이 이루어져야 하겠다.

• Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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• v.24 no.1
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• pp.39-44
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• 2019

A high-temperature superconducting(HTS) generators have been actively studied because of its advantages of weight, size, and efficiency. A large-scale superconducting wind power generator becomes a very low-speed high-torque rotating machine. In these machines, high electromagnetic force and torque are important issued. Two generators connected in series on one shaft design are one of the solution to overcome the high torque problem. In this paper, the authors design and analyze a 15 MW class HTS generator. The 15 MW HTS generator is confirmed in terms of magnetic field distribution and torque performance using a 3D finite element method. As a result, the designed generators generates less torque than a conventional generator. The designed 15 MW superconducting generator will be effectively utilized in the construction of the large-scale wind power generation system.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.10a
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• pp.68-70
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• 2001

고온 초전도체를 이용한 전력기기들은 변압기, 한류기 등의 정지기기의 형태와 회전기로서는 동기발전기, 벌크형 전동기, 동기전동기 등에 개발되고 있다. 이중 회전기에서 고온초전도를 이용한 유도전동기의 개발은 국내외적으로 미비한 실정이다. 본 논문에서는 고온초전도체를 이용한 농형 유도전동기의 제작 및 시험을 통하여 기본특성을 확인하였다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.9 no.3
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• pp.310-319
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• 1996

본 연구에서는 초전도의 전반적인 시장규모, 에너지 분야에서의 고온 초전도 연구 진척 내용, 마지막으로 저온 초전도체의 기술현황을 토대로 저온을 고온 초전도체로 대체 시 이에 따른 대체 효과를 비교 분석하고자 하였다. 하지만 고온 초전도체에 관한 기술적 문제가 아직 많은 문제로 제기되고 있어 정확한 기술적 판단에는 아직 상당히 미흡하다고 여겨진다. 또한 초전도를 이용한 에너지 응용범위가 너무 광범위하여 본고에서는 대표적 응용분야 몇 가지만 소개하고자 한다. 참고로 4K와 77K의 차이점을 평가할 때의 기준은 자기장과는 무관하게 임계전류밀도를 77K에서 $10-^5$$cm^2$으로 가정 실시한 것이다.

• Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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• v.24 no.2
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• pp.15-23
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• 2019

High temperature superconducting (HTS) generators for wind power systems are attractively researched with the advantages of high efficiency and smaller size compared with conventional generator. However, the HTS generators have high Lorentz force problem, which acts on HTS field coils due to their high current density and magnetic field. This paper deals with characteristic analysis of the modularized HTS field coil for a 750 kW superconducting wind power generator according to field coil structure. The modularized HTS field coil structure was designed based on the electromagnetic and mechanical analysis results obtained using a 3D finite element method. The electromagnetic force of the module coil was also analyzed. As a result, the perpendicular and maximum magnetic fields of the HTS coils were 2.5 T and 3.9 T, respectively. The maximum stress of the supports was less than the allowable stress of the glass-fiber reinforced plastic material, and displacement was within the acceptable range. The design specifications and the results of the HTS module coil structure can be effectively utilized to develop large-scale superconducting wind power generators.

• 전기의세계
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• v.53 no.8
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• pp.39-42
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• 2004

초전도 재료는 선재의 형태로 가공하면 송전선이나, 변압기, 발전기 및 전력 저장장치와 같이 전력 응용의 효율을 극대화시킬 수 있는 재료로서 널리 활용되고 있다. 1987년 개발된 고온 산화물 초전도체는 액체질소 의 비등점인 77K 이상에서 초전도 현상을 나타내어 초전도 현상의 응용에 대한 기대를 고조시켜 이에 대한 연구 개발을 더욱 향상시키고 있다. 초전도 선재에 관한 연구는 주로 PIT( Powder in Tube )공정을 이용한 Ag/Bi 2223 선재가 우수한 전기적 특성과 가공의 우수성으로 인하여 개발되어 왔다. 그러나 Ag/Bi 2223 선재는 강한 자기장 하에서 통전 특성이 현저하게 저하되는 결점이 있다. (중략)

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.19 no.3
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• pp.69-74
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• 2018

Large industrial motors require a large area because of the high risk of shutdown accidents and large industrial accidents due to the lowering of the dielectric strength of the armature windings and overheating problems. Therefore, there is a demand for a large-capacity motor that has small size, light weight, and excellent dielectric strength compared with conventional motors. Superconducting motors have advantages of high efficiency and output power, low size, low weight, and improved stability. This results from greatly increasing the magnetic field generation by using superconductive field coils in rotating machines such as generators and motors. It is very important to design and analyze the cooling system to lower the critical temperature of the wires to achieve superconducting performance. In this study, a field loss analysis and low-temperature heat transfer analysis of the cooling system were performed through the conceptual design of a 100-HP high-temperature superconducting synchronous motor. The field loss analysis shows that a uniform pore magnetic flux density appears when high-temperature superconducting wire is used. The low-temperature heat transfer analysis for gaseous neon and liquid neon showed that a flow rate of 1 kg/min of liquid neon is suitable for maintaining low-temperature stability of the high-temperature superconducting wire.

• Superconductivity and Cryogenics
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• v.1 no.2
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• pp.14-20
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• 1999

초전도 재료는 선재의 형태로 가공하면 송전선이나 변압기, 발전기 그리고 전력 저장장치 등에 사용되어 전력계통의 효율을 극대화시킬 수 있는 재료로서 실제 응용 기기의 개발을 위해 많은 연구가 수행되고 있다. 더우기 1980년대 후반에 개발된 고온초전도 산화물 재료는 액체질수의 비등점인 77K 이상에서 초전도현상을 나타내어 초전도 현상의 응용에 대한 기대를 고조시켜 이에 대한 연구를 더욱 활성화시키고 있다. 초전도선재 연구는 그간 PIT(Powder in Tube) 공정을 이용한 Ag/Bi-2223(Ag/$Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O$) 선재가 높은 전기적 성질과 장선 가공상의 잇점으로 인해 많은 연구와 성과가 있었다. 그러나 Ag/Bi-2223선재는 강한 자기장 하에서 통전 능력이 현저하게 저하되는 성질 때문에 높은 자기장하에서 사용하기 위해서는 사용온도를 액체질소온도보다 상당히 낮은 20K 부근까지 낮추어야 한다는 점 때문에 전력기기 개발에 제한이 따르는 단점이 있다. 이에 반해 최근에 개발된 금속/YBCO 박막 복합선재는 높은 전기적 특성 이외에 특히 높은 자장에서도 통전 능력의 저하가 적어 제한 없이 전력기기의 모든 분야에 사용할 수 있는 특징이 있다. 따라서 1993년에 일본에서 Ni 금속기판에 물리적 증착방법으로 YBCO($YiBa_2Cu_3O$) 박막을 증착시킨 선재제조에 성공하고 있어 1996년에 Oak Ridge National Laboratories (ORNL)에서 Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate (RaBiTS) 라는 집합조직을 형성시킨 금속기판이 개발되어 연속적인 가공의 가능성이 확인된 후 이의 특성향상 및 가공기술 개발을 위한 많은 연구가 수행되고 이다. 이 글에서는 이제 까지 개발된 금속기판을 사용한 YBCO계 초전도 박막형 선재의 제조기술 중에서 최근 가장 가능성 있는 것으로 평가되는 RABiTS 방법을 위주로 그 외에 IBAD와 ISD 방법에 관하여 소개하고 현재까지의 개발현황 및 앞으로의 전망에 대하여 간략하게 기술하고자 한다.