67 – 超電導体の交流損失解析

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概要

超電導体は、臨界温度、臨界磁界、臨界電流よりも低い状態において電気抵抗がゼロになる性質を持っています。
超電導線材は、低温状態を作るための冷却システムが必要ですが、高電流密度、極低損失といった特長から、省エネや環境面に対して多くのメリットを持っています。ただし、超電導体における電気抵抗がゼロというのは直流電流を流した場合のことであり、交流電流の場合は、通電による損失が発生します。
JMAGでは、交流電流を通電した際の超電導体に発生する損失を求めることができます。
本事例では、超電導フィラメントの交流損失を求めた事例を紹介します。

交流損失

投入電流を臨界電流値の50~80%に変化させた場合における長手方向1(m)あたりの平均交流損失の値を表1、交流損失の時刻変化を図1、図2に示します。
超電導体内部の磁気ヒステリシスによって生じる交流損失は、投入電流の振幅に依存することがわかります。

電流密度分布

臨界電流値の80%を投入したときの常電導体と超電導体の電流密度分布の時刻変化を図3、図4に示します。なお、+Z方向を投入電流振幅の正としています。
投入電流の振幅が最大となる時刻0.025(sec)の電流密度分布を比較すると、常電導体では通電領域全体をほぼ均一に流れるのに対し、超電導体では電流が導体の外側に偏って流れる様子がわかります。この偏流がより大きな損失を生み出す原因となります。

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