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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 고태국
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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현재 국내외에서 개발되고 있는 초전도 마그넷의 권선 방법에는 더블 팬케이크 권선법과 솔레노이드 형태의 레이어 권선법이 있으며[1], 그 중에서 더블 팬케이크 권선법은 얇은 테이프 형태의 고온 초전도 선재를 이용하여 마그넷을 제작할 때 주로 적용된다[2]. 또한, 여러 개의 더블 팬케이크 모듈을 개별적으로 연결하여 마그넷을 구성할 수 있기 때문에 열이나 기계적 외란에 의해 마그넷에 손상이 발생할 경우 손상된 모듈만을 교체할 수 있다는 장점이 있다[3]. 하지만, 각 더블 팬케이크 모듈을 연결하기 위해서는 반드시 모듈 간 접합이 필요하게 되며, 이는 마그넷 운전에 있어 원치 않는 열적 손실을 가져 올 수 있다. 반면, 레이어 권선법은 초전도 선재를 접합 없이 연속적으로 권선하여 마그넷을 제작하는 권선법으로써, 접합에 의한 불필요한 열적 손실을 방지할 수 있지만, 마그넷 손상 시 마그넷 전체를 교체해야 하는 단점을 지닌다[4]. 또한, 레이어 권선법을 적용할 경우 피치가 발생하는 중앙 부분에서 선재의 중첩이 발생하여 마그넷이 완성되었을 때, 수직방향에서 바라보면 원형이 아닌 타원 형태를 띠게 된다. 따라서 고자기장에서 발생되는 자기력에 의한 로렌츠 힘으로부터 취약할 수 있으며, 마그넷 내부의 자기장 균일도에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서 더블 팬케이크 권선법과 레이어 권선법의 취약점을 보완하기 위해서 더블 팬케이크 형태로 권선하되, 각각의 모듈을 접합하지 않고 연속적으로 권선할 수 있는 개선된 더블 팬케이크 권선법을 고안하였다. 이 권선법은 고온 초전도 선재를 권선하기에 적합한 더블 팬케이크 형태를 가지며, 장선의 고온 초전도 선재를 접합 없이 권선할 수 있는 솔레노이드 형태의 레이어 권선법의 장점을 갖기 때문에 개선된 더블 팬케이크 권선법은 접합에 의한 와전류 손실이나 줄(Joule)열에 의한 손실을 감소시킬 수 있으며 운전효율을 높일 수 있다.
본 논문에서는 개선된 더블 팬케이크 권선법을 설명하기 위해서, 고온 초전도 마그넷을 제작하기 위한 대표적인 더블 팬케이크 권선법에 대한 개념과 절차를 소개하고, 개선된 더블 팬케이크 권선법의 신뢰성과 실용성을 입증하기 위해서 적합한 권선절차와 방법을 연구하고 실제로 개선된 더블 팬케이크 권선법을 적용하여 샘플코일을 제작하였다. 또한, 이론적인 권선법에 대한 내용과 더불어 개선된 더블 팬케이크 권선법으로 제작된 마그넷에 대한 실험과 시뮬레이션을 진행하였다. 첫 번째 실험으로는 개선된 더블 팬케이크 권선법을 이용한 마그넷과, 기존의 더블 팬케이크 권선법을 이용한 마그넷을 제작하여 고온 초전도 마그넷의 신뢰성을 확인하기 위해서 임계전류를 측정하였으며, 측정 결과 분석을 통해 개선된 더블 팬케이크 마그넷의 성능을 평가하였다[5]. 두 번째 실험은 영구전류 실험을 진행하였으며, 영구전류 실험 결과로부터 마그넷 내부 저항의 유무 판단과 더불어 그 크기를 산출하여 시스템에서 발생하는 줄열로부터의 냉매 손실 값을 예측하였다. 세 번째 실험은 각각 마그넷의 접합 부분에서의 특성을 해석하기 위해서 과전류 실험을 진행하여 접합 부분에서의 발열 여부와 마그넷 동작과의 상관관계를 파악하였다. 그리고 제작한 더블 팬케이크 마그넷의 기계적 안정도를 확인하기 위해서 유한요소해석으로부터 외부 자기력을 이용하여 모델링한 마그넷의 변형율을 예측해보았다.
본 논문에서는 개선된 더블 팬케이크 권선법을 설명하기 위해서, 고온 초전도 마그넷을 제작하기 위한 대표적인 더블 팬케이크 권선법에 대한 개념과 절차를 소개하고, 개선된 더블 팬케이크 권선법의 신뢰성과 실용성을 입증하기 위해서 적합한 권선절차와 방법을 연구하고 실제로 개선된 더블 팬케이크 권선법을 적용하여 샘플코일을 제작하였다. 또한, 이론적인 권선법에 대한 내용과 더불어 개선된 더블 팬케이크 권선법으로 제작된 마그넷에 대한 실험과 시뮬레이션을 진행하였다. 첫 번째 실험으로는 개선된 더블 팬케이크 권선법을 이용한 마그넷과, 기존의 더블 팬케이크 권선법을 이용한 마그넷을 제작하여 고온 초전도 마그넷의 신뢰성을 확인하기 위해서 임계전류를 측정하였으며, 측정 결과 분석을 통해 개선된 더블 팬케이크 마그넷의 성능을 평가하였다[5]. 두 번째 실험은 영구전류 실험을 진행하였으며, 영구전류 실험 결과로부터 마그넷 내부 저항의 유무 판단과 더불어 그 크기를 산출하여 시스템에서 발생하는 줄열로부터의 냉매 손실 값을 예측하였다. 세 번째 실험은 각각 마그넷의 접합 부분에서의 특성을 해석하기 위해서 과전류 실험을 진행하여 접합 부분에서의 발열 여부와 마그넷 동작과의 상관관계를 파악하였다. 그리고 제작한 더블 팬케이크 마그넷의 기계적 안정도를 확인하기 위해서 유한요소해석으로부터 외부 자기력을 이용하여 모델링한 마그넷의 변형율을 예측해보았다.
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