High Temperature Superconducting (HTS) synchronous generators can be designed with either an air-core type or iron-core type. The air-core type has higher efficiency under rated rotating speed and load than the iron-core type because of the iron losses which may produce much heat. However, the total length of HTS wire in the air-core type is longer than the iron-core type because the generated magnetic flux density of the air-core type is low. This paper deals with designs of 10 MW air-core and iron-core HTS wind power generators for wind turbines. Fully air-core, partially iron-core, and fully iron-core HTS generators are designed, and various stator winding methods in the three HTS generators are also considered, such as short-pitch concentrated winding, full-pitch concentrated winding, short-pitch distributed winding, and full-pitch distributed winding. These HTS generators are analyzed using a 3D finite elements method program. The analysis results of the HTS generators are discussed in detail, and the results will be effectively utilized for large-scale wind power generation systems.
In recent years, high-temperature superconductor (HTS) Quadruple Triplets are being developed for heavy ion accelerators, because the HTS magnets are suitable to withstand radiation and high heat loads in the hot cell of accelerators. Generally, an iron yoke, which costs a mass of material, was employed to enhance the magnetic field when a quadrupole magnet was designed. The type of the magnet is called iron-dominated magnet, because the total magnetic field was mainly induced by the iron. However, in the HTS superconductor iron-dominated magnets, the coil-induced field also can have a certain proportion. Therefore, the air-core HTS quadrupole magnets can be considered instead of the iron-core HTS quadrupole magnet to be employed to save the iron material. This study presents the design of an air-core HTS quadruple triplet which consists three by air-core HTS quadruple magnet and compare the design result with that of an iron-core HTS quadruple triplet. First, the characteristics of an air-core HTS quadrupole magnet were analyzed to select the magnet system for the magnetic field uniformity impairment. Then, the field uniformity was improved(< 0.1%) exactly using evolution strategy (ES) method for each iron-core HTS quadrupole magnet and the air-core HTS quadruple triplet was established. Finally, the designed air-core triplet was compared with the iron-core HTS quadruple triplet, and the results of beam trajectories were presented with both the HTS quadruple triplet systems to show that the air-core triplet can be employed instead of the iron-core HTS triplet. The design of the air-core quadruple triplet was suggested for a heavy ion accelerator.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.9
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pp.1334-1340
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2001
In this paper, the experimental modeling of the force between permanent magnet and iron-core solenoid is suggested for more accurate control of 3 D.O.F. motor using the electromagnetic force. In the case of iron-core solenoid, the general equation of solenoid cant be used simply because of its nonlinearity. Therefore, the magnetic flux density is estimated through the concept of equivalent permanent magnet. The force distribution between permanent magnet and iron-core solenoid is more dependent on the magnetization of iron core caused by the permanent magnet than any other parameters. Therefore, the equation of the force estimation between these magnetic systems can be modeled by the experimental function of the magnetization of iron core. Especially, if the distance between iron-core solenoid and permanent magnet is far enough, the force equation through experiment can be expressed from only the current of coil and the distance between iron-core solenoid and permanent magnet. It means that Coulombs law can be used for magnetic systems and it is validated through the experiment. Therefore, force calibration is performed by the concept of Coulombs law.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.18
no.2
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pp.97-102
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2017
A current transformer (CT) is a type of sensor that consists of a combination of electric and magnetic circuits, and it measures large ac currents. When a large amount of current flows into the primary winding, the alternating magnetic flux in the iron core induces an electromotive force in the secondary winding. The characteristics of a CT are determined by the iron core design because the iron core is saturated above a certain magnetic flux density. In particular, when a large current, such as a current surge, is input into a CT, the iron core becomes saturated and the induced electromotive force in the secondary winding fluctuates severely. Under these conditions, the CT no longer functions as a sensor. In this study, the characteristics of the secondary winding were investigated using the time-difference finite element method when a current surge was provided as an input. The CT was modeled as a two-dimensional analysis object using constraints, and the saturation characteristics of the iron core were evaluated using the Newton-Rhapson method. The results of the calculation were compared with the experimental data. The results of this study will prove useful in the designs of the iron core and the windings of CTs.
Polystyrene-polyimide core-shell microsphere was prepared by dispersion polymerization using poly(amic acid) as the stabilizer. Iron oxide was formed at the microsphere by thermal decomposition of iron pentacarbonyl impregnated in the microsphere. The magnetic polystyrene-polyimide microsphere was monodisperse and the size was about 500 nm. The magnetic polystyrene-polyimide microsphere had 40% of iron oxide, which was identified as $Fe_3O_4$ by X-ray diffraction.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.20
no.11
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pp.995-999
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2007
We investigated the characteristics of a flux-lock type superconducting fault current limiter(SFCL) considering magnetization characteristic of iron core. The flux-lock type SFCL, like other types of SFCLs using the iron core, undergoes the saturation of the iron core during the initial fault time. Therefore, if the design to prevent the saturation of the iron core is considered, the effective fault current limiting operation can be achieved. Through the analysis for its equivalent circuit including the magnetization characteristic of the iron core, the limiting impedance of the flux-lock type SFCL was drawn. The magnetization currents and the limited currents of SFCL, which were dependent on the winding direction and the turns' ratio between two coils, were investigated from the short circuit experiment. It was confirmed that their experimental results agreed with the analysis ones.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.12
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pp.1073-1077
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2009
The iron core, which comprises the superconducting fault current limiter (SFCL) using magnetic coupling of coils, can be operated in the saturation region, especially at the initial fault period. This operation of the iron core in the saturation region deteriorates the fault current limiting operation of the SFCL. To solve the saturation problem of the SFCL using magnetic coupling of coils, the iron core with two magnetic paths, which has an air-gap in one of them, was adopted. In this paper, the hysteresis characteristics of SFCL using magnetic coupling of coils, which were wound in the iron core with two magnetic paths, were analyzed. Through comparative analysis on the hysteresis characteristics of the iron core comprising SFCL, the hysteresis characteristics of the iron core with two magnetic paths were confirmed to be kept in the non-saturation region during the fault period and thus, the effective fault current limiting operation of the SFCL using the magnetic coupling of coils could be performed.
Superconducting fault currents(SFCLs) are expected to improve not only reliability but also stability of power systems. The analysis on current limiting operations of the flux-lock type SFCL, which consists of a flux-lock reactor wound an iron core and a YBCO thin film, was compared the open-loop with the closed-loop iron core of the subtractive polarity winding. In the SFCL, operation characteristics could be controlled by adjusting the inductances and the winding directions of the coils, then magnetic field induced in the iron core. The current limiting characteristics under the same experimental conditions were generated regardless of the iron core conditions. We confirmed that capacity of the SFCL was increased effectively by the closed-loop iron core. However, the power burden of the system could be lowered by the open-loop iron core.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.9
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pp.1269-1274
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2012
In this paper, the iron loss was calculated using estimated iron loss coefficient at 650W Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(IPMSM) and 250W IPMSM. The iron loss coefficients was estimated different according to electrical steel material used to stator and rotor core in motor. Aspect of The rotating flux field and alternating flux field was confirmed by magnetic field behavior and harmonic analysis in stator core, the iron loss was calculated using flux density by Finite Element Method(FEM) and estimated coefficients by iron loss coefficient estimation proposed in this paper. The iron loss experiment was performed for verified to iron loss calculation, and the iron loss coefficients were verified by comparison of iron loss calculation value and experimental value.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.55
no.8
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pp.397-400
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2006
An optimized iron core structure of stimulating coil are presented in order to control the induced electric field distribution using the Continuum Design Sensitivity Analysis (CDSA) combined with a commercially available generalized finite element code (OPERA). The results show that a Figure-Of-Eight (FOE) coil as well as a circular coil with the proposed iron core structure can increase induced electric field intensity by more than two times and make better field localization, compared with those of existing stimulation coil with a air core. After considering manufacturing constraints, a practical iron core structure based on the proposed optimized one is proposed and its performance is analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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