Shiki, S.;Zen, N.;Matsubayashi, N.;Koike, M.;Ukibe, M.;Kitajima, Y.;Nagamachi, S.;Ohkubo, M.
Progress in Superconductivity
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v.14
no.2
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pp.99-101
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2012
Fluorescent yield X-ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy is useful for analyzing local structure of specific elements in matrices. We developed an XAFS apparatus with a 100-pixel superconducting tunnel junction (STJ) detector array with a high sensitivity and a high resolution for light-element dopants in wide-gap semiconductors. An STJ detector has a pixel size of $100{\mu}m$ square, and an asymmetric layer structure of Nb(300 nm)-Al(70 nm)/AlOx/Al(70 nm)-Nb(50 nm). The 100-pixel STJ array has an effective area of $1mm^2$. The XAFS apparatus with the STJ array detector was installed in BL-11A of High Energy Accelerator Research Organization, Photon Factory (KEK PF). Fluorescent X-ray spectrum for boron nitride showed that the average energy resolution of the 100-pixels is 12 eV in full width half maximum for the N-K line, and The C-K and N-K lines are separated without peak tail overlap. We analyzed the N dopant atoms implanted into 4H-SiC substrates at a dose of 300 ppm in a 200 nm-thick surface layer. From a comparison between measured X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) spectra and ab initio FEFF calculations, it has been revealed that the N atoms substitute for the C site of the SiC lattice.
It has been well known that a toroid is the inevitable shape for a high temperature superconducting (HTS) coil as a component of a large scale superconducting magnetic energy storage system (SMES) because it is the best option to minimize a magnetic field intensity applied perpendicularly to the HTS wires. Even though a perfect toroid coil does not have a perpendicular magnetic field, for a practical toroid coil composed of many HTS pancake coils, some type of perpendicular magnetic field cannot be avoided, which is a major cause of degradation of the HTS wires. In order to suggest an optimum design solution for an HTS SMES system, we need an accurate, fast, and effective calculation for the magnetic field, mechanical stresses, and stored energy. As a calculation method for these criteria, a numerical calculation such as an finite element method (FEM) has usually been adopted. However, a 3-dimensional FEM can involve complicated calculation and can be relatively time consuming, which leads to very inefficient iterations for an optimal design process. In this paper, we suggested an intuitive and effective way to determine the maximum magnetic field intensity in the HTS coil by using an analytic and statistical calculation method. We were able to achieve a remarkable reduction of the calculation time by using this method. The calculation results using this method for sample model coils were compared with those obtained by conventional numerical method to verify the accuracy and availability of this proposed method. After the successful substitution of this calculation method for the proposed design program, a similar method of determining the maximum mechanical stress in the HTS coil will also be studied as a future work.
Kim, Geonyoung;Choi, Kibum;Park, Jeonghwan;Bong, Uijong;Bang, Jeseok;Hahn, Seungyong
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.22
no.1
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pp.12-16
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2020
As high homogeneity in magnetic field is required to increase the resolution of MRI magnets, various shimming methods have been researched. Using one of them, the design of the superconducting active zonal shim coil for MRI magnets is discussed in this paper. The magnetic field of the MRI magnet is expressed as the sum of spherical harmonic terms, and the optimized current density of shim coils capable of removing higher-order terms is calculated by the Tikhonov regularization method. To investigate all potential designs derived from calculated current density, 4 sweeping parameters are selected: (1) axial length of shim coil zone; (2) radius of shim coils; (3) exact axial position of shim coils; and (4) operating current. After adequate designs are determined with constraints of critical current margin and homogeneity criterion, the total wire length required for each is calculated and the design with a minimum of them is chosen. Using the superconducting wire length of 9.77 km, the field homogeneity over 50 cm DSV is improved from 24 ppm to 1.87 ppm in the case study for 9.4 T whole-body MRI shimming. Finally, the results are compared with the finite element method (FEM) simulation results to validate the feasibility and accuracy of the design.
This paper presents the numerical simulation results on the moving type electrodynamic suspension (EDS) simulator and static type EDS simulator using high-Tc superconducting (HTS) levitation magnet. The levitation force of the EDS system is formed by the reaction between the moving magnet and the fixed ground conductor. The possible two ways to simulate the EDS system were simulated in this paper by using finite element method (FEM). The first way was the moving type simulator which consists of the fixed HTS magnet and the moving ground conductor. The second way was the static type simulator which consists of the fixed magnet, the fixed ground conductor and the ac current supply system. To verify the characteristics of high speed EDS system with the moving type simulator heavy, large and fast moving ground conductor is needed. The static type simulator can get the characteristics of the high speed EDS system by applying equivalent ac current to velocity, therefore it does not need large moving part. The static type EDS simulator, which can consist of an HTS magnet, the fixed ground conductor(s), an AC power supply and the measuring devices, also test the effect of the shape of the ground conductor easily. The plate type ground conductor made stronger levitation force than ring type ground conductor. Although the outer diameter 335 mm ring type ground conductor (Ring3) was larger than the outer diameter 235 mm ground conductor (Ring2), the levitation force by Ring2 was stronger than that by Ring3. From the calculation results on this paper, the consideration of the magnetic flux distribution according to the levitation height should be included in the process of the ground conductor design.
This paper deals with 3 Dimensional(3D) analysis of magnetic flux density of High Temperature Superconducting(HTS) motor using 3D Equivalent Magnetic Circuit Network (EMCN). When the Finite Element Method (FEM) is applied to an analysis of 3D models, it takes much time to the pre-process work required for 3D modeling and to solve the differential equation. Compare with 3D FEM, the result of 3D EMCN by using the magnetic resistance and magnetomotive force is exact and rapid. The accuracy of 3D EMCN is verified by comparing the 3D EMCN analysis with that of 3D FEM in HTS motor.
Jo, Young-Sik;Seo, Moo-Gyo;Baik, Sung-Kyu;Kim, Seog-Whan;Sohn, Myung-Whan;Kwon, Young-Kil;Lee, Jung-Jong
Proceedings of the KIEE Conference
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2002.07b
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pp.616-618
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2002
A Superconducting Rotary Machine (SRM) is characterized by an air-cored machine with its rotor iron and stator iron teeth removed. For this reason, the SRM is featured by 3D magnetic flux distribution, which decreases in the direction of axis, Therefore, 3D magnetic field analysis method is required to know about characteristic of magnetic field distribution of SRM, In this paper, 3D flux distribution of SRM is calculation by using analytical method. The magnetic field distribution due to the field coils use of the Biot-Savart equation. The magnetic core is represented by magnetic surface polarities. The paper describes the combined use of above methods for the total computation, and compares analytical method and 3D FEM(Finite Element Method) results.
In this investigation, the 6.6kV/200A Inductive Superconducting Fault Current Limiter (SFCL) was designed and fabricated. The type of DC reactor for Inductive SFCL was determined as solenoid type during the period of $1${st}$ year research. The 5 bobbins for DC reactor were fabricated and each bobbin was wound with 4 stacked High-Tc superconducting (HTS) tapes and the 5 bobbins were connected in series. The critical current and inductance of DC reactor were simulated by Finite Element method (FEM) and compared with the measured results. The characteristics of DC reactor were enhanced in sub-cooled nitrogen system rather than in liquid nitrogen system. The procedures to accomplish the sub-cooled nitrogen system and the experimental results were introduced in detail. Moreover, the design of sub-cooled nitrogen cryogenic system for next year research was introduced in brief.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.7
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pp.1033-1037
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2013
Coercion transformer is commonly used in the electrical grid which in three phase of distribution system. The accident of the electrical grid is divided into a single, a double, a third line-to-ground faults and a double, a third line-to-line faults. A single line-to-ground fault accounts for nearly 75[%] among them. In this research, when a Superconducting Fault Current Limiters (SFCL) was applied to the three phase power system, operation in a single line-to-ground fault and limiting characteristics of fault current according to turns ratio of third winding were analyzed. When a single line-to-ground fault happened, secondary winding's circuit was open. Then third winding's circuit with a SFCL was closed. So fault current was limited by diverted circuit. At this time, we could find out that size of the limited fault current could be changed according to third winding rate. We confirmed that limiting operation of the fault current was carried out within one-period. These results will be utilized in adjusting the size of the SFCL.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.5
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pp.410-415
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2011
In this paper, we investigated the fault current limiting and the load voltage sag suppressing characteristics of the flux-lock type SFCL, designed with the additive polarity winding, according to the variations of turn number's ratio and the comparative analysis between the resistive type and the flux-lock type SFCLs were performed as well. From the analysis for the short-circuit tests, the flux-lock type SFCL designed with the larger turn number's ratio was shown to perform more effective fault current limiting and load voltage sag suppressing operations compared to the flux-lock type SFCL designed with the lower turn number's ratio through the fast quench occurrence of the high-$T_C$ superconducting (HTSC) element comprising the flux-lock type SFCL. In addition, the recovery time of the flux-lock type SFCL after the fault removed could be confirmed to be shorter in case of the flux-lock type SFCL designed with the lower turn number ratio.
We evaluated the effect of alloying-element additions to Ag sheath on thermal conductivity of Bi-2223 superconductor tapes. In order to evaluate the effect of sheath alloys and their configuration on the properties of tape, various combinations of Ag and Ag alloys were selected as inner and outer sheath. Thermal conductivity of the tapes was measured by using thermal integral method at 10∼120 K. It is observed that the presence of alloying-elements such as Mg, Sb, and Au in Ag sheath results in decreased thermal conductivity at low temperature. Specifically, the thermal conductivity of AgMg, AgSb, and AgAu at 40 K were 411.4, 142.3, and 109.7 W/(m·K), respectively, which is about 2∼9 times lower than that of Ag (1004.6 W/(m·K)). In addition, the thermal conductivity of alloy-sheathed tape was significantly dependent on their values of constituent sheath materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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