Popularita supravodivých generátorov a motorov stúpa vďaka snahe dosiahnuť ekologickejšie a viac energeticky efektívne technológie. V prípade použitia supravodivých oválnych (racetrack) cievok v rotore alebo statore elektrických motorov pre leteckú dopravu, by zároveň išlo o zásadný elektrotechnický míľnik, keďže ide o technológiu, ktorá sa najviac približuje požadovanému kritériu výkonu/váhy pre dosiahnutie nulových emisii vodíkovo-elektrických lietadiel (okolo 25 kW/kg). Naviac, sú REBCO vysokoteplotné supravodiče, v porovnaní s inými supravodičmi, lákavé pre výkonové zariadenia alebo magnety vďaka ich relatívne vysokej operačnej teplote a dobrým vlastnosti vo vysokých magnetických poliach.
Bohužial, motory z vysokoteplotných supravodičov sú ohrozované takzvaným quench-om (prechod supravodiča zo supravodivého stavu do normálneho stavu, kedy sa väčšina elektrickej energie zmení na teplo) pri striedavom alebo skratovom napätí a navyše, supravodivé tieniace prúdy majú potenciálne nebezpečný tepelný vplyv, ak motory pracujú na vysokých otáčkach. Preto, aby sa zabezpečila bezpečná prevádzka vysokoteplotných supravodivých motorov, treba skúmať iniciáciu a dôsledky quench-u. Taktiež, aby sa správne nasimulovali a analyzovali rôzne quench situácie je dôležité mať rýchly a presný software na výpočet elektro-tepelného správania oválnych cievkach. Presne takýto výpočtový model bol vyvinutý Arifom Hussainom a jeho kolegami v programovacom jazyku C++ a je predstavený v tejto publikácii. Tento nový a efektívny výpočtový model spája dokopy elektromagnetický a elektro-tepelný model pomocou variačných metód a taktiež zahŕňa vplyv supravodivých tieniacich prúdov.
Výpočtový model využíva takzvanú Minimum Electro-Magnetic Entropy Production metódu a metódu konečných diferencií. Nárast teploty v oválnej cievke vplyvom striedavého alebo skratového napätie sa skúmal pre rozsahy napätí od 0.1 V až po 1000 V (Obr. 1). Štúdia skúma zmenu teploty cievky pri adiabatických podmienkach a tiež pri možnej výmene tepla s tekutým dusíkom. Jeden z nových výsledkov bolo zistenie, že pri relatívne menších napätiach ako napríklad 10 V, nehomogenity v AC stratách spôsobujú vysoko lokalizovaný quech v závitoch v strede cievky (Obr. 2), čo znamená, že supravodivé tieniace prúdy majú výrazný vplyv aj pri jednosmerných napätiach. Vyvinutý výpočtový model má potenciál ucelene a rýchlo analyzovať elektromagnetické a elektro-tepelné vlastnosti reálnych supravodivých zariadení, vrátane rotujúcich zariadení na ktoré pôsobia vysoké magnetické polia, ako sú napríklad motory pre letecký priemysel. Detaily výpočtového modelu a ďalšie výsledky sú dostupné na priloženom odkaze.
Autori: Arif Hussain, Anang Dadhich, Enric Pardo
Odkaz: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6668/ad7644