IEC 61788-8:2003
(Main)Superconductivity - Part 8: AC loss measurements - Total AC loss measurement of Cu/Nb-Ti composite superconducting wires exposed to a transverse alternating magnetic field by a pickup coil method
Superconductivity - Part 8: AC loss measurements - Total AC loss measurement of Cu/Nb-Ti composite superconducting wires exposed to a transverse alternating magnetic field by a pickup coil method
Specifies the measurement method of total AC losses by the pickup coil method in Cu/Nb-Ti composite superconducting wires exposed to a transverse alternating magnetic field. The losses may contain both hysteresis and coupling losses. The standard method to measure only the hysteresis loss in DC or low-sweep-rate magnetic field is specified in IEC 61788-13.
Supraconductivité - Partie 8: Mesure des pertes en courant alternatif - Méthode de mesure par bobines de détection des pertes totales en courant alternatif des fils composites supraconducteurs de Cu/Nb-Ti exposés à un champ magnétique alternatif transverse
Spécifie la méthode de mesure par bobines de détection des pertes totales en courant alternatif des fils supraconducteurs de Cu/Nb-Ti exposés à un champ magnétique alternatif transverse. Les pertes peuvent être à la fois des pertes par hystérésis et des pertes par couplage. La méthode normalisée permettant de mesurer uniquement les pertes par hystérésis en courant continu ou en champ magnétique à faible vitesse de balayage est spécifiée dans la CEI 61788-13.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61788-8
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2003-04
Supraconductivité –
Partie 8:
Mesure des pertes en courant alternatif –
Méthode de mesure par bobines de détection
des pertes totales en courant alternatif des fils
composites supraconducteurs de Cu/Nb-Ti
exposés à un champ magnétique alternatif
transverse
Superconductivity –
Part 8:
AC loss measurements –
Total AC loss measurement of Cu/Nb-Ti composite
superconducting wires exposed to a transverse
alternating magnetic field by a pickup coil method
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61788-8:2003
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respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
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.
NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61788-8
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2003-04
Supraconductivité –
Partie 8:
Mesure des pertes en courant alternatif –
Méthode de mesure par bobines de détection
des pertes totales en courant alternatif des fils
composites supraconducteurs de Cu/Nb-Ti
exposés à un champ magnétique alternatif
transverse
Superconductivity –
Part 8:
AC loss measurements –
Total AC loss measurement of Cu/Nb-Ti composite
superconducting wires exposed to a transverse
alternating magnetic field by a pickup coil method
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– 2 – 61788-8 CEI:2003
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS . 4
INTRODUCTION .6
1 Domaine d'application . 8
2 Références normatives . 8
3 Termes et définitions. 8
4 Principe .12
5 Appareillage.14
6 Préparation de l’échantillon .16
7 Conditions d'essai.16
8 Calcul des résultats.20
9 Fidélité et exactitude .24
10 Rapport d'essai .24
Annexe A (informative) Explication de la mesure des pertes en courant alternatif avec
le vecteur de Poynting .30
Annexe B (informative) Estimation de l'erreur géométrique dans la méthode par
bobines de détection .32
Annexe C (informative) Méthode d'étalonnage recommandée pour l'aimantation et
les pertes en courant alternatif .34
Annexe D (informative) Pertes par couplage pour différents types de champ
magnétique appliqué .38
Annexe E (informative) Extension aux fils supraconducteurs à trois composants .40
Bibliographie .42
Figure 1 – Disposition normalisée de l’échantillon et des bobines de détection .28
Figure 2 – Circuit électrique type pour la mesure des pertes en courant alternatif par
bobines de détection .28
Figure B.1 – Exemples de courbe de niveau pour le coefficient G avec un rayon
d'enroulement R de l’échantillon et une différence a entre les rayons de l’échantillon et
de chaque bobine de détection .32
Figure C.1 – Evaluation du champ critique à partir des courbes d’aimantation .36
Figure D.1 – Formes d'onde de champ magnétique appliqué dans une période T .38
61788-8 IEC:2003 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD . 5
INTRODUCTION .7
1 Scope . 9
2 Normative references. 9
3 Terms and definitions . 9
4 Principle .13
5 Apparatus .15
6 Specimen preparation.17
7 Testing conditions.17
8 Calculation of results .21
9 Precision and accuracy.25
10 Test report.25
Annex A (informative) Explanation of AC loss measurement with Poynting’s vector .31
Annex B (informative) Estimation of geometrical error in the pickup coil method .33
Annex C (informative) Recommended method for calibration of magnetization and
AC loss .35
Annex D (informative) Coupling loss for various types of applied magnetic field .39
Annex E (informative) Extension to three-component superconducting wires.41
Bibliography.43
Figure 1 – Standard arrangement of the specimen and pickup coils .29
Figure 2 – A typical electrical circuit for AC loss measurement by pickup coils .29
Figure B.1 − Examples of calculated contour line map of the coefficient G for a
radius R of the coiled specimen and a difference a between radii of the specimen and
each pickup coil .33
Figure C.1 − Evaluation of critical field from magnetization curves .37
Figure D.1 – Waveforms of applied magnetic field with a period T.39
– 4 – 61788-8 CEI:2003
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
__________
SUPRACONDUCTIVITÉ –
Partie 8: Mesure des pertes en courant alternatif –
Méthode de mesure par bobines de détection des pertes totales
en courant alternatif des fils composites supraconducteurs de Cu/Nb-Ti
exposés à un champ magnétique alternatif transverse
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes Internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d'études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités
nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n'a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d'approbation et sa responsabilité
n'est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l'une de ses normes.
6) L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61788-8 a été établie par le comité d’études 90 de la CEI:
Supraconductivité.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
90/135A/FDIS 90/140/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les directives ISO/CEI, Partie 2.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2008. A cette
date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
61788-8 IEC:2003 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
__________
SUPERCONDUCTIVITY –
Part 8: AC loss measurements –
Total AC loss measurement of Cu/Nb-Ti composite
superconducting wires exposed to a transverse alternating
magnetic field by a pickup coil method
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61788-8 has been prepared by IEC technical committee 90:
Superconductivity.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
90/135A/FDIS 90/140/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged
until 2008. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 6 – 61788-8 CEI:2003
INTRODUCTION
Il est proposé des méthodes de mesure par magnétomètre et bobines de détection concernant
les pertes en courant alternatif des composites filamentaires supraconducteurs de Cu/Nb-Ti
dans les champs magnétiques transverses variables dans le temps. Celles-ci représentent les
premières étapes de normalisation des méthodes de mesure des différentes causes de pertes
en courant alternatif dans les champs transverses, configuration la plus fréquemment
observée.
Il a été décidé de diviser la proposition initiale susmentionnée en deux documents couvrant
deux méthodes normalisées. L'une d'elles décrit la méthode de mesure par magnétomètre des
pertes par hystérésis et des pertes totales en courant alternatif à basse fréquence (ou vitesse
de balayage) dans un champ magnétique à variation lente. La seconde décrit la méthode de
mesure par bobines de détection des pertes totales en courant alternatif dans les champs
magnétiques à plus haute fréquence (ou vitesse de balayage). La gamme de fréquences est de
0 Hz à 0,06 Hz pour la méthode par magnétomètre et de 0,005 Hz à 1 Hz pour la méthode par
bobines de détection. Le chevauchement entre 0,005 Hz et 0,06 Hz correspond à une gamme
de fréquences complémentaire pour les deux méthodes.
La présente norme décrit la méthode par bobines de détection. La méthode d'essai pour la
normalisation de la mesure des pertes en courant alternatif décrite dans la présente norme
s'appuie en partie sur les travaux de pré-normalisation du VAMAS (Versailles Project on
Advanced Materials and Standards) sur les pertes en courant alternatif des supraconducteurs
composites de NbTi [1] .
___________
Les chiffres entre crochets renvoient à la Bibliographie.
61788-8 IEC:2003 – 7 –
INTRODUCTION
Magnetometer and pickup coil methods are proposed for measuring the AC losses of Cu/Nb-
Ti composite superconducting wires in transverse time-varying magnetic fields. These
represent initial steps in standardization of methods for measuring the various contributions to
AC loss in transverse fields, the most frequently encountered configuration.
It was decided to split the initial proposal mentioned above, into two documents covering two
standard methods. One of them describes the magnetometer method for hysteresis loss and
low frequency (or sweep rate) total AC loss measurement in a slowly varying magnetic field,
and the other describes the pickup coil method for total AC loss measurement in higher
frequency (or sweep rate) magnetic fields. The frequency range is 0 Hz to 0,06 Hz for the
magnetometer method and 0,005 Hz to 1 Hz for the pickup coil method. The overlap between
0,005 Hz and 0,06 Hz is a complementary frequency range for the two methods.
This standard covers the pickup coil method. The test method for standardization of AC loss
covered in this standard is partly based on the Versailles Project on Advanced Materials and
Standards (VAMAS) pre-standardization work on the AC loss of NbTi composite super-
conductors [1] .
___________
Figures in square brackets refer to the Bibliography.
– 8 – 61788-8 CEI:2003
SUPRACONDUCTIVITÉ –
Partie 8: Mesure des pertes en courant alternatif –
Méthode de mesure par bobines de détection des pertes totales
en courant alternatif des fils composites supraconducteurs de Cu/Nb-Ti
exposés à un champ magnétique alternatif transverse
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 61788 spécifie la méthode de mesure par bobines de détection
des pertes totales en courant alternatif des fils supraconducteurs de Cu/Nb-Ti exposés à un
champ magnétique alternatif transverse. Les pertes peuvent être à la fois des pertes par
hystérésis et des pertes par couplage. La méthode normalisée permettant de mesurer
uniquement les pertes par hystérésis en courant continu ou en champ magnétique à faible
vitesse de balayage est spécifiée dans la CEI 61788-13 [2].
L’échantillon doit être un composite multifilamentaire rond ou rectangulaire dont la principale
utilisation attendue concerne les applications avec bobines pulsées à des fréquences ou
vitesses de balayage relativement élevées, jusqu'à 1 Hz ou 4 T/s, un diamètre ou une taille
moyenne comprise entre 0,2 mm et 1,0 mm, un diamètre de filament entre 1 μm et environ
50 μm, et une constante de temps de couplage inférieure à 40 ms environ.
La présente méthode peut également s’étendre aux mesures de pertes en courant alternatif
dans des gammes de fréquences et vitesses de balayage plus élevées, plus de 10 Hz ou
40 T/s, pour des fils supraconducteurs à trois composants (VEI 815-04-33) avec une constante
de temps de couplage plus courte jusqu’à environ 0,1 ms (voir Annexe E).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non
datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60050-815, Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Partie 815: Supra-
conductivité
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de la CEI 61788, les définitions de la CEI 60050-815
s'appliquent ainsi que les définitions suivantes.
3.1
pertes en courant alternatif
P
dans un supraconducteur composite, puissance dissipée par suite de l'application d'un champ
magnétique ou d'un courant électrique variable avec le temps
[VEI 815-04-54]
61788-8 IEC:2003 – 9 –
SUPERCONDUCTIVITY –
Part 8: AC loss measurements –
Total AC loss measurement of Cu/Nb-Ti composite
superconducting wires exposed to a transverse alternating
magnetic field by a pickup coil method
1 Scope
This part of IEC 61788-8 specifies the measurement method of total AC losses by the pickup
coil method in Cu/Nb-Ti composite superconducting wires exposed to a transverse alternating
magnetic field. The losses may contain both hysteresis and coupling losses. The standard
method to measure only the hysteresis loss in DC or low-sweep-rate magnetic field is
specified in IEC 61788-13 [2].
The specimen shall be a multifilamentary round or rectangular wire, expected to be mainly
used for pulsed coil applications with relatively higher frequencies or sweep rates up to 1 Hz
or 4 T/s, with diameter or average size from 0,2 mm to 1,0 mm, filament diameter from 1 μm
to around 50 μm, and a coupling time constant less than about 40 ms.
The present method can be also extended to the AC loss measurement in a higher range of
frequency and sweep rate up to more than 10 Hz or 40 T/s for three-component
superconducting wires (IEV 815-04-33) with a shorter coupling time constant down to about
0,1 ms (see Annex E).
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60050-815, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) – Part 815: Superconductivity
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of IEC 61788, the definitions of IEC 60050-815 and the following
apply.
3.1
AC loss
P
power dissipated in a composite superconductor due to application of time-varying magnetic
field or current
[IEV 815-04-54]
– 10 – 61788-8 CEI:2003
3.2
pertes par hystérésis
P
h
pertes indépendantes de la fréquence, se produisant dans un supraconducteur sous l'effet des
variations d'un champ magnétique
NOTE Les pertes par hystérésis sont dues aux propriétés magnétiques irréversibles de la substance supra-
conductrice liées à l'ancrage des lignes de flux.
[VEI 815-04-55]
3.3
pertes par courants de Foucault
P
e
pertes survenant dans la matrice normale d'un composite supraconducteur ou dans le matériau
de structure lorsque le composite supraconducteur est exposé à un champ magnétique
variable, qu'il s'agisse d'un champ extérieur ou d'un champ propre
[VEI 815-04-56, modifié]
3.4
pertes par (courant de) couplage
P
c
pertes dues au courant de couplage, survenant dans des fils supraconducteurs multifila-
mentaires ayant une matrice normale
[VEI 815-04-59]
3.5
constante de temps de couplage
ττττ
constante de temps caractéristique d'un courant de couplage perpendiculaire aux filaments
dans un brin destiné aux basses fréquences
[VEI 815-04-60]
3.6
courants de protection
courants induits par une variation du champ magnétique externe appliqué à un supra-
conducteur et qui inclut des courants de couplage et des courants de Foucault pour les
supraconducteurs composites
3.7
champ magnétique critique
H
c
champ magnétique correspondant à l'énergie de condensation supraconductrice à champ
magnétique nul
[VEI 815-01-21]
3.8
aimantation d'un supraconducteur
moment magnétique divisé par le volume du supraconducteur
NOTE Le moment magnétique macroscopique est aussi égal au produit du courant de protection et de la surface
délimitée par sa ligne de courant fermée dans un supraconducteur composite en plus du moment magnétique induit
par tout flux magnétique piégé.
61788-8 IEC:2003 – 11 –
3.2
hysteresis loss
P
h
loss of the type whose value per cycle is independent of frequency arising in a super-
conductor under a varying magnetic field
NOTE This loss is caused by the irreversible magnetic properties of the superconducting material due to pinning
of flux lines.
[IEV 815-04-55]
3.3
eddy current loss
P
e
loss arising in the normal matrix of a composite superconductor or the structural material
when exposed to a varying magnetic field, either from an applied field or from a self-field
[IEV 815-04-56, modified]
3.4
(filament) coupling (current) loss
P
c
loss arising in multi-filamentary superconducting wires with a normal matrix due to coupling
current
[IEV 815-04-59]
3.5
coupling time constant
ττττ
characteristic time constant of coupling current directed perpendicularly to filaments within
a strand for low frequencies
[IEV 815-04-60]
3.6
shielding current
current induced by a change of external magnetic field applied to a superconductor and which
includes coupling current and eddy current in composite superconductors
3.7
critical field strength
H
c
magnetic field strength corresponding to the superconducting condensation energy at zero
magnetic field strength
[IEV 815-01-21]
3.8
magnetization of a superconductor
magnetic moment divided by the volume of the superconductor
NOTE The macroscopic magnetic moment is also equal to the product of the shielding current and the area of
the closed path in a composite superconductor together with the magnetic moment of any penetrated trapped flux.
– 12 – 61788-8 CEI:2003
3.9
méthode de mesure des pertes en courant alternatif par aimantation
méthode permettant de déterminer les pertes dues au courant alternatif, dans un matériau, à
partir de la surface de la boucle de la courbe d'aimantation
NOTE Lorsque des bobines de détection sont utilisées pour mesurer la variation du flux magnétique afin de
déduire l’aimantation de l’échantillon, la méthode est appelée méthode par bobines de détection.
[VEI 815-08-15, modifié]
3.10
méthode par bobines de détection
méthode permettant de déterminer les pertes dues au courant alternatif, dans un matériau, par
évaluation de l’énergie électromagnétique dissipée dans ce matériau au moyen des bobines de
détection
NOTE Le système de bobines de détection se compose principalement d'un enroulement primaire (aimant
supraconducteur alimenté par un courant variable dans le temps) et d'une paire d'enroulements secondaires
(bobines de détection), dont l'un (la bobine de détection principale) contient l’échantillon à mesurer et l'autre (la
bobine de compensation) a deux fonctions: 1) compenser le signal provenant de la bobine de détection principale
lorsqu'elle est vide, 2) fournir des informations sur le balayage du champ.
Ici, la disposition coaxiale et concentrique des bobines de détection illustrée à la Figure 1 est considérée comme la
disposition normalisée pour la mesure des pertes en courant alternatif. Pour obtenir un volume suffisant
d'éprouvette filamentaire à mesurer et pour l'exposer à un champ magnétique transverse, il faut enrouler
l’échantillon dans une bobine. L’échantillon ainsi préparé est également appelé «éprouvette enroulée».
3.11
pertes de fond
pertes apparentes générées par la méthode par bobines de détection lorsqu'il n'y a pas
d'éprouvette dans les bobines de détection.
NOTE Les pertes de fond indiquent l'erreur expérimentale du système de mesure des pertes en courant alternatif
utilisant la méthode par bobines de détection. Elles résultent d'un déplacement de phase du signal électrique dans
le processus de compensation, d'un moment magnétique supplémentaire induit dans de nombreux composants de
matériel d'expérience et d'un déséquilibre des bobines de détection.
3.12
section utile de l’échantillon enroulé
volume total de l’échantillon divisé par la hauteur d'enroulement de l’échantillon ou par la
hauteur de la bobine de détection
3.13
flexion,
εεεε
b
déformation mécanique résultant d'une flexion pure, définie par ε = 100 r / R, où r est la demi-
b
épaisseur du spécimen et R est le rayon de courbure de flexion
[VEI 815-08-03]
4 Principe
L'essai consiste à appliquer un champ magnétique alternatif transverse sur une éprouvette et à
détecter le moment magnétique des courants de protection induits dans l’échantillon au moyen
de bobines de détection afin d'estimer les pertes en courant alternatif définies à l'Article 3.
61788-8 IEC:2003 – 13 –
3.9
magnetization method for AC loss
method to determine the AC loss of materials from the area of the loop of the magnetization
curve
NOTE When pickup coils are used to measure the change in flux, which is then integrated to get the
magnetization of stationary coiled specimens, the method is called the pickup coil method.
[IEV 815-08-15, modified]
3.10
pickup coil method
method to determine the AC loss of materials by evaluating electromagnetic power flow into
the materials by pickup coils
NOTE The pickup coil arrangement consists essentially of a primary winding (a superconducting magnet supplied
with a time varying current) and a pair of secondary windings (pickup coils), one of which (the main pickup coil)
contains the specimen to be measured and the other (the compensation coil) plays two roles: 1) it compensates the
signal from the main pickup coil when empty; 2) it supplies the field sweep information.
Here the coaxial and concentric arrangement of the pickup coils as shown in Figure 1 is used as the standard one
for the AC loss measurement. In order to obtain sufficient volume of the wire specimen to be measured and at the
same time to expose it to a transverse magnetic field, it must be wound into a coil. The specimen so prepared is
also referred to as the “coiled specimen”.
3.11
background loss
apparent loss obtained by the pickup coil method in the case where no specimen is located
inside the pickup coils
NOTE The background loss gives the experimental error in the system of the AC loss measurement by the pickup
coil method. It results from phase shift of electrical signal in the compensation process, an additional magnetic
moment induced in many components of experimental hardware, and imbalance in the pickup coils.
3.12
effective cross-sectional area of the coiled specimen
total specimen volume divided by the larger of the specimen coil height or the pickup coil
height
3.13
bending strain
εεεε
b
strain in percent arising from pure bending defined as ε = 100 r / R, where r is a half of
b
the specimen thickness and R is the bending radius
[IEV 815-08-03]
4 Principle
The test consists of applying an alternating transverse magnetic field to a specimen and
detecting the magnetic moment of shielding currents induced in the specimen by means of
pickup coils for the purpose of estimating the AC losses defined in Clause 3.
– 14 – 61788-8 CEI:2003
5 Appareillage
5.1 Appareil d'essai
L’appareil d'essai doit être construit de manière à exposer les bobines de détection et
l’échantillon enroulé à un champ magnétique alternatif uniforme appliqué par un aimant
supraconducteur.
Les bobines de l’appareil d'essai sont disposées comme décrit ci-dessous. Généralement, la
bobine de détection principale et la bobine de compensation sont placées de manière coaxiale,
respectivement à l'extérieur et à l'intérieur de l’échantillon enroulé.
Le champ magnétique alternatif appliqué doit présenter une uniformité élevée, comme indiqué
en 7.1.5.
L’appareil d'essai comprend un sous-système qui calcule l'aimantation et les pertes en courant
alternatif de l’échantillon en intégrant le signal des bobines de détection. Un circuit électrique
type pour la mesure des pertes en courant alternatif est illustré à la Figure 2.
5.2 Bobines de détection
Les bobines de détection doivent être composées de fils isolés très fins, tels que des fils en
cuivre de 0,1 mm de diamètre, afin d'éviter les courants de Foucault à basses températures.
Le support de bobinage des bobines de détection doit être composé d'un matériau non
métallique et non magnétique, tel que du plastique renforcé en fibre de verre, de la résine
phénolique, etc.
La bobine de détection principale doit être placée de manière coaxiale et concentrique à
l'extérieur de la bobine de compensation. La disposition normalisée est illustrée à la Figure 1.
Elle montre que la longueur de la bobine de compensation est identique à celle de la bobine de
détection principale. Le nombre de spires de la bobine de compensation doit être en général
légèrement supérieur au niveau d'équilibre dans lequel le flux de liaison total du champ
magnétique appliqué dans la bobine de compensation est égal à celui de la bobine de
détection principale.
Le système de bobines de détection doit être construit de manière à pouvoir facilement placer
et retirer l’échantillon enroulé dans et hors du système.
La méthode par bobines de détection comporte une erreur géométrique en fonction de la
disposition de l’échantillon enroulé et des bobines de détection. L'erreur géométrique est
mentionnée brièvement dans l'Annexe B. Pour l'erreur géométrique restreinte inférieure à 1 %,
la disposition suivante pour l’échantillon enroulé et les deux bobines de détection doit être la
disposition normalisée: une éprouvette enroulée de 30 mm de hauteur et de 18 mm de rayon,
des bobines de détection de 10 mm de haut, et 2 mm de différence entre le rayon de
l’échantillon et celui de chaque bobine de détection. Lorsque la disposition de l’échantillon et
des bobines de détection varie légèrement par rapport à la disposition normalisée ci-dessus,
son erreur géométrique doit être estimée comme indiqué à l'Annexe B. Si l'erreur géométrique
ne peut pas être estimée quantitativement, il pourrait être nécessaire d'effectuer l'étalonnage
indiqué à l'Annexe C.
5.3 Circuit de compensation
Le flux de liaison total du champ appliqué dans la bobine de compensation est généralement
légèrement supérieur à celui de la bobine de détection principale de par le nombre de spires
choisi. Le signal provenant de la bobine de détection principale est contrebalancé par un signal
réduit de la bobine de compensation au moyen d'un circuit de compensation. Pour un réglage
précis du coefficient de réduction, appelé coefficient de compensation, le circuit de
–4 –5
compensation a une exactitude de 10 à 10 afin de modifier le signal sans qu'il y ait
déplacement de phase. Pour les conditions mentionnées ci-dessus, le circuit de compensation
présente généralement la structure d'un diviseur de tension résistif.
61788-8 IEC:2003 – 15 –
5 Apparatus
5.1 Testing apparatus
The testing apparatus shall be constructed such that the pickup coils and a coiled specimen
are arranged in a uniform alternating magnetic field applied by a superconducting magnet.
The coils of the testing apparatus are arranged as described below. Typically, the main pickup
and compensation coils are coaxially positioned on the outside and inside of the coiled
specimen, respectively.
The applied alternating magnetic field shall have a high uniformity as shown in 7.1.5.
The testing apparatus has a sub-system that calculates the magnetization and the AC loss of
the specimen by integrating the signal of the pickup coils. A typical electrical circuit for the AC
loss measurement is given in Figure 2.
5.2 Pickup coils
Pickup coils shall be made of very fine insulated wire, such as insulated copper wire with
a diameter of 0,1 mm, to avoid eddy currents at low temperatures.
The pickup coil forms shall be made of non-metallic and non-magnetic material such as glass
fiber reinforced plastic, phenol resin, etc.
The main pickup coil shall be arranged coaxially and adjusted concentrically outside the
compensation coil. The standard arrangement is shown schematically in Figure 1, where the
height of the compensation coil is the same as that of the main pickup coil. The number of
turns in the compensation coil shall be usually adjusted to be a little larger than the balance
level in which the total interlinkage flux of the applied magnetic field into the compensation
coil is equal to that into the main pickup coil.
The pickup coil system shall be constructed so that the coiled specimen can be taken in and
out easily from the system.
The pickup coil method has geometrical error in relation with the arrangement of the coiled
specimen and the pickup coils. The geometrical error is mentioned briefly in Annex B. For a
reduced geometrical error of less than 1 %, the following arrangement for the coiled specimen
and the two pickup coils shall be the standard one; a height of 30 mm for the coiled specimen,
a height of 10 mm for the pickup coils, a coil radius of 18 mm for the specimen, and a
difference 2 mm between the radii of the specimen and each pickup coil. In the case where
the arrangement of the specimen and pickup coils are a little different from the above
standard one, the geometrical error in the arrangement shall be estimated, as shown in
Annex B. If the geometrical error cannot be estimated quantitatively, the calibration
indicated in Annex C may need to be performed.
5.3 Compensation circuit
The total interlinkage flux of the applied field in the compensation coil is usually a little larger
than that in the main pickup coil by adjusting the number of turns. The signal from the main
pickup coil is counterbalanced against a reduced signal of the compensation coil by means of
the compensation circuit. For delicate adjustment of the reduction ratio, called the
–4 –5
to 10 to modify
compensation coefficient, the compensation circuit has an accuracy of 10
the signal without a phase shift. For the conditions mentioned above, the compensation circuit
usually has the structure of a resistive potential divider.
– 16 – 61788-8 CEI:2003
6 Préparation de l’échantillon
6.1 Eprouvette enroulée
6.1.1 Enroulement de l’échantillon
Un support de bobinage doit être utilisé pour enrouler l’échantillon afin de réaliser un solénoïde
monocouche. Lorsque l’échantillon de fil supraconducteur est électriquement isolé, les spires
enroulées du solénoïde doivent être jointivement enroulées. Si l’échantillon est nu, les spires
doivent être séparées par une entretoise non métallique et non magnétique telle qu'une ligne
de pêche pour assurer l’isolation les spires de l’échantillon. Le diamètre de l'entretoise doit
correspondre environ à la moitié du diamètre de l’échantillon
6.1.2 Configuration de l’échantillon enroulé
La hauteur d'enroulement de l’échantillon doit être supérieure à trois fois celle de la bobine de
détection afin de réduire l'erreur géométrique résultant des effets d'extrémité de l’échantillon
enroulé.
6.1.3 Flexion maximale
La flexion maximale induite dans l'enroulement de l’échantillon ne doit pas dépasser 5 % et
doit être de préférence de 3 %.
6.1.4 Traitement de la section d'extrémité de l’échantillon
Les deux extrémités de l’échantillon doivent être ouvertes et les filaments ne doivent pas
pouvoir entrer en contact. Les deux extrémités de l’échantillon doivent être polies avec du
papier émeri de 12 μm (800 mesh) à 7 μm (1 000 mesh).
6.2 Structure d'enroulement de l’échantillon
La structure sur laquelle l’échantillon est enroulé doit être composée d'un matériau non
métallique et non magnétique tel que du plastique renforcé en fibre de verre et de la résine
phénolique. Un adhésif, par exemple du cyanoacrylate ou de la résine époxy, doit être utilisé
pour fixer l’échantillon sur
...
Questions, Comments and Discussion
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