Nachbildung des Verhaltens von Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL) unter Berücksichtigung des magnetischen Flusses B, der Stromdichte J und der Temperatur T

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Michael Kurrat
• Subject Area: Electrical Energy Systems, Power Management, Power Electronics, Electrical Machines and Drives
• Term: from 2007 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 41345212

Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL) eröffnen künftig interessante neue Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten in Energienetzen. Der supraleitende Zustand ist abhängig von drei Umgebungsbedingungen: der Stromdichte J, der Temperatur T, und der magnetischen Flussdichte B. Beim Überschreiten einer dieser kritischen Größen setzt die Normalleitung ein. Den Antragstellern ist bisher kein 3D-Rechenmodell bekannt, dass alle drei kritischen Größen in sich vereint und somit das Verhalten von Hochtemperatursupraleitern in Abhängigkeit von diesen Größen realitätsnah nachbilden kann. Insbesondere der Einfluss von Fremd- und Eigenmagnetfeldern ist bei einer Vielzahl von Anwendungen von großem Interesse. Zur Nachbildung dieser Vorgänge soll ein 3D-Rechenmodell für das gekoppelte Eindringen von Strömen und Magnetfeldern in den Supraleiter bei gleichzeitiger Stromstärke-, Temperatur-, und Magnetfeldabhängigkeit entwickelt werden. Ein solches Modell würde es erlauben, neben dem Übergang des Leiters in die Normalleitung auch das Verhalten im supraleitenden Zustand nachzubilden. Hiermit können Aussagen über Hystereseverluste sowie zusätzlich auftretende Wechselstromverluste sowohl im supraleitenden Bereich als auch im Übergangsbereich in die Normalleitung getroffen werden. Mit dem zu entwickelnden Verfahren sollen systematische Simulationen unterschiedlicher supraleitender Materialien unter Berücksichtigung verschiedener Supraleiterdaten durchgeführt werden. Ziel ist es, mit Hilfe des Rechenmodells das Verhalten von Hochtemperatur- Supraleitern für technische Anwendungen nachzubilden. Dabei wird angestrebt vom supraleitenden, über den Übergangsbereich (Flux-Flow) bis zum normalleitenden Zustand alle Fälle zu beschreiben und damit z. Zt. fehlende Aussagen zur Dimensionierung von supraleitenden Geräten in der Energietechnik, wie z.B. Kabeln und Strombegrenzern, zur Verfügung zu stellen. Im Vordergrund der parallel erforderlichen Materialuntersuchungen stehen Dünnschichten auf Metallbändern („Coated Conductors“). Das Verfahren soll aber auch für die Berechnung von Massivmaterial und Silber-Matrix-Leitern eingesetzt werden.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Manfred Lindmayer