Characterization of HTS Coils

Abstract

El objetivo principal de este proyecto es contribuir a la normalización de la medición de la característica corriente-voltaje (IV) de las bobinas superconductoras. Esta caracterización ya está normalizada para muestras cortas de cinta HTS (High Temperature Superconducting), sin embargo, no es el caso de las bobinas HTS. La caracterización normalizada consiste en medir el potencial entre dos puntos de la cinta cuando se hace pasar por ella una corriente progresivamente creciente. Para ello, se sueldan dos tomas de potencial en el material superconductor. Las cintas HTS se enrollan en bobinas HTS para ser utilizadas en dispositivos HTS. Al adaptar la norma a las bobinas HTS, se dan numerosos problemas al soldar las tomas de potencial en la bobina. Por ello, se propone una nueva metodología: medir la diferencia de potencial directamente desde los conectores de cobre del soporte de la bobina, en contacto directo con el material superconductor. Estos conectores son resistivos y añaden una resistencia adicional (en forma de pendiente) a la característica IV de la bobina HTS. Nuestros esfuerzos se centran en el cálculo de esta resistencia, que se ha comprobado que no es una función constante de la corriente. Esto se hace, experimentalmente, comparando la característica IV obtenida por el método propuesto con la obtenida soldando las tomas de potencial en la bobina. La discusión se completa con una simulación por elementos finitos del conector de cobre. Los resultados muestran que podemos estimar la tensión del superconductor a partir de la medida realizada con el protocolo propuesto. De esta manera hemos eliminado la mayor dificultad de caracterizar las bobinas HTS. Una técnica de caracterización sencilla es interesante para acelerar la adopción de dispositivos HTS.

The main purpose of this project is to contribute to the standardization of the measurement of the current-voltage (IV) characteristic of superconducting coils. This characterization is already standardized for short samples of HTS (High Temperature Superconducting) tape, however it is not the case for HTS coils. The standardized characterization consists in measuring the potential between two points on the tape when a progressively increasing current is passed through it. To this end, two potential taps are welded onto the superconducting material. HTS tapes are wound into HTS coils to be used in HTS devices. When adapting the standard to HTS coils, numerous problems are given when welding the potential taps onto the coil. Therefore, a new methodology is proposed: measuring the potential difference directly from the copper connectors of the support of the coil, in direct contact with the superconducting material. These connectors are resistive and will add an additional resistance (slope) to the IV characteristic of the HTS coil. Our efforts are focused on the computation of this resistance, which is proofed to not be a constant function of the current. This is done, experimentally, by comparing the IV characteristic obtained by the method proposed with the one obtained by welding the potential taps onto the coil. The discussion is completed with a finite element simulation of the copper connector. The results show that we can estimate the superconductor voltage from the measure done using the proposed protocol. This way we have removed the biggest difficulty of characterizing HTS coils. A simple characterization technique is of interest to speed up the adoption of HTS devices.