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Papers by Mohamed Elbaa

L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser le processus d’aimantation des pastilles suprac... more L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser le processus d’aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l’électrotechnique. Dans l’étape de conception de l’inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d’aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l’influence de la présence d’une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l’inductance d’une bobine inductrice. Il s’agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d’intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l’aide d’un code de calcul développ...

EUCAS 2019 - 14th European Conference on Applied Superconductivity, Sep 1, 2019

Université de Lorraine ; Université de Laghouat (Algérie), Dec 21, 2020

Présentée et soutenue publiquement pour l'obtention du titre de DOCTEUR DE l'UNIVERSITE DE LORRAI... more Présentée et soutenue publiquement pour l'obtention du titre de DOCTEUR DE l'UNIVERSITE DE LORRAINE Mention : « Génie électrique » Et DOCTEUR DE l'UNIVERSITE AMAR TELIDJI DE LAGHOUAT Mention : « Physique des matériaux » par Mohamed ELBAA Caractérisation et modélisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique Soutenance publique le : 21/12/2020 Membres du jury :

L’utilisation des materiaux supraconducteurs comme ecrans magnetiques ou aimants permanents dans ... more L’utilisation des materiaux supraconducteurs comme ecrans magnetiques ou aimants permanents dans les applications en genie electrique tels que les moteurs electriques est envisagee depuis quelques annees. Dans cet article est presente un bilan des avancees des travaux sur les ecrans et aimants supraconducteurs a travers l’etude des proprietes des differents materiaux, leurs performances et leurs applications. Les deux parametres importants de ces elements sont le champ magnetique de penetration complete BP et la densite de courant critique JC. Ces parametres sont lies aux performances d’ecrantage et d’aimantation des materiaux consideres.

Toutes les methodes d’aimantation des materiaux supraconducteurs sont basees sur la variation du ... more Toutes les methodes d’aimantation des materiaux supraconducteurs sont basees sur la variation du champ magnetique applique qui resulte des caracteristiques de l’inducteur utilise. Cependant, le moyen le plus commode et le plus courant est d'utiliser un champ magnetique pulse. Dans ce travail, nous avons pu developper un modele analytique qui a pour but de montrer l’effet de la presence d’une pastille supraconductrice sur la valeur de l’inductance d’une bobine circulaire de section transversale rectangulaire placee dans un circuit ferromagnetique avec entrefer. Ce modele est base sur la determination du potentiel vecteur magnetique a partir de la resolution des equations de Laplace et de Poisson dans les differentes regions d’interet en utilisant la methode de separation des variables. Les coordonnees cartesiennes sont employees dans cette etude. Cette resolution analytique s’effectue a l’aide d’un code de calcul developpe sous MATLAB. Les resultats sont ensuite compares avec ceu...

This study consists in presenting an experimental study of an axial superconducting rotating mach... more This study consists in presenting an experimental study of an axial superconducting rotating machine. The inductor of the machine is based on the principle of magnetic concentration using bulks superconductors. The parameters of the machine are identified experimentally by carrying out static, dynamic, at the ambient temperature and at 77 K.

2018 International Conference on Electrical Sciences and Technologies in Maghreb (CISTEM), 2018

Toutes les méthodes d’aimantation des supraconducteurs sont basées sur la variation du champ magn... more Toutes les méthodes d’aimantation des supraconducteurs sont basées sur la variation du champ magnétique appliqué qui résulte des caractéristiques de l’inducteur utilisé. Dans ce papier nous avons développé un modèle analytique pour montrer l’effet de la présence d’une pastille supraconductrice sur la valeur de l’inductance d’une bobine circulaire de section transversale rectangulaire placée dans un circuit ferromagnétique avec entrefer. Ce modèle est basé sur la détermination du potentiel vecteur magnétique à partir de la résolution les équations de Laplace et de poisson dans les différentes régions d’intérêt en utilisant la méthode de séparation des variables. Cette résolution analytique s’effectue à l’aide d’un code de calcul développé sous MATLAB. Les résultats obtenus sont comparés avec ceux obtenus par une simulation numérique basée sur la méthode des éléments finis implémentée sous COMSOL. Une concordance remarquable est observée entre les deux résultats.

Dans cet article, nous traitons un probleme magnetostatique qui consiste a calculer le potentiel ... more Dans cet article, nous traitons un probleme magnetostatique qui consiste a calculer le potentiel scalaire magnetique d’une bobine supraconductrice de type solenoide. Ceci permet une meilleure conception electromagnetique d’une machine electrique tournante. Pour ce faire, l’equation de Laplace est resolue en utilisant une technique de Monte Carlo. Des simulations sont realisees ou les resultats obtenus par la methode de Monte Carlo sont comparees a une solution analytique dans un cas particulier.

L’aimantation des supraconducteurs, notamment par des champs magnetiques impulsionnels, necessite... more L’aimantation des supraconducteurs, notamment par des champs magnetiques impulsionnels, necessite le dimensionnement correct de l’inducteur. Dans cet article, nous avons developpe un modele analytique dans le but de calculer l’inductance d’une bobine dans un circuit ferromagnetique avec entrefer contenant une pastille supraconductrice. Dans ce modele, il s’agit de resoudre les equations de Laplace et de Poisson dans differentes regions d’interet a travers le potentiel vecteur magnetique. La resolution analytique s’effectue a l’aide d’un code de calcul developpe sous MATLAB. Une simulation numerique sous COMSOL est egalement effectuee pour ce probleme. Les deux methodes sont comparees et les resultats coincident parfaitement. L’expression analytique de l’inductance obtenue peut ainsi servir a dimensionner l’inducteur du systeme d’aimantation pour les supraconducteurs.

L’utilisation des supraconducteurs en genie electrique permet d’obtenir des performances ameliore... more L’utilisation des supraconducteurs en genie electrique permet d’obtenir des performances ameliorees en termes de puissance massique par exemple. Cependant leur fonctionnement necessite de les refroidir a des temperatures tres basses. Il y a donc necessite d’un environnement cryogenique. Les principaux cryogenes utilises sont l’helium liquide et l’azote liquide. De plus en plus les cryocoolers sont utilises dans les applications des supraconducteurs, Dans cet article deux applications en genie electrique de ces crycoolers sont presentes, un moteur synchrone a inducteur supraconducteur et un banc de caracterisation electrique de fil supraconducteur.

All magnetization methods of superconducting materials are based on the variation of the applied ... more All magnetization methods of superconducting materials are based on the variation of the applied magnetic field that results from the characteristics of the used inductor. In this paper we have developed an analytical model to calculate the inductance for a coil of a ferromagnetic circuit with gap including a superconducting pellet. This model is based on the determination of the magnetic vector potential from solving the Laplace’s and Poisson’s equations in different regions of interest, using the separation of variables method in which the Cartesian coordinates are used. The boundary and continuity conditions between regions are considered to determine the global solution. This analytical resolution is carried out using a computation code developed under MATLAB. The results obtained are compared with those obtained by a numerical simulation based on the finite element method implemented under COMSOL. A remarkable concordance is observed between both approaches.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018

In previous papers a new method to characterize HTS pellets has been presented This method is bas... more In previous papers a new method to characterize HTS pellets has been presented This method is based on the measurement of their complete penetration magnetic flux density BP. It allows determining the critical current density JC and the nvalue of the classical power law model. In this paper, a method of determination of BP of a unique HTS pellet from the measurements of the magnetic field at its top-center surface is presented. This is a simpler and cheaper method than previous methods. It uses analytical calculation based on Biot and Savard law and numerical calculation based on power law. The maximum magnetic flux density produced by the SC pellet BZSCM is deduced from the measurement. BP is deduced from BZSCM multiplying it by a coefficient analytically calculated. The influence of JC(B) on this method is presented and analyzed.  Index Terms-Superconductors, magnetic field diffusion, critical current density. I.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018

The development of bulk magnets based on REBCO type superconductors that can generate up to 17 T ... more The development of bulk magnets based on REBCO type superconductors that can generate up to 17 T requires the implementation of a magnetization system, sometimes pulsed. Therefore, at least one coil around the High Temperature Superconducting (HTS) bulk is required. In this paper, we suggest an analytical approach in order to assess the magnetic vector potential and to compute the inductance of a coil having a rectangular crosssection and concentric with a magnetic circuit including an air-gap. On a proposed geometry, analytical results are compared with those obtained by using Finite Element Analysis (FEA). The gained analytical expressions give accurate results with an error less than 1% on the inductance value of the coil. The induced current density and trapped magnetic field in a HTS bulk during a Pulsed Field Magnetization (PFM) are also calculated using the proposed analytical expressions of the magnetic vector potential combined with an integral method. The achieved results show a remarkable match with those obtained with COMSOL.

L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser le processus d’aimantation des pastilles suprac... more L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser le processus d’aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l’électrotechnique. Dans l’étape de conception de l’inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d’aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l’influence de la présence d’une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l’inductance d’une bobine inductrice. Il s’agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d’intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l’aide d’un code de calcul développ...

EUCAS 2019 - 14th European Conference on Applied Superconductivity, Sep 1, 2019

Université de Lorraine ; Université de Laghouat (Algérie), Dec 21, 2020

Présentée et soutenue publiquement pour l'obtention du titre de DOCTEUR DE l'UNIVERSITE DE LORRAI... more Présentée et soutenue publiquement pour l'obtention du titre de DOCTEUR DE l'UNIVERSITE DE LORRAINE Mention : « Génie électrique » Et DOCTEUR DE l'UNIVERSITE AMAR TELIDJI DE LAGHOUAT Mention : « Physique des matériaux » par Mohamed ELBAA Caractérisation et modélisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique Soutenance publique le : 21/12/2020 Membres du jury :

L’utilisation des materiaux supraconducteurs comme ecrans magnetiques ou aimants permanents dans ... more L’utilisation des materiaux supraconducteurs comme ecrans magnetiques ou aimants permanents dans les applications en genie electrique tels que les moteurs electriques est envisagee depuis quelques annees. Dans cet article est presente un bilan des avancees des travaux sur les ecrans et aimants supraconducteurs a travers l’etude des proprietes des differents materiaux, leurs performances et leurs applications. Les deux parametres importants de ces elements sont le champ magnetique de penetration complete BP et la densite de courant critique JC. Ces parametres sont lies aux performances d’ecrantage et d’aimantation des materiaux consideres.

Toutes les methodes d’aimantation des materiaux supraconducteurs sont basees sur la variation du ... more Toutes les methodes d’aimantation des materiaux supraconducteurs sont basees sur la variation du champ magnetique applique qui resulte des caracteristiques de l’inducteur utilise. Cependant, le moyen le plus commode et le plus courant est d'utiliser un champ magnetique pulse. Dans ce travail, nous avons pu developper un modele analytique qui a pour but de montrer l’effet de la presence d’une pastille supraconductrice sur la valeur de l’inductance d’une bobine circulaire de section transversale rectangulaire placee dans un circuit ferromagnetique avec entrefer. Ce modele est base sur la determination du potentiel vecteur magnetique a partir de la resolution des equations de Laplace et de Poisson dans les differentes regions d’interet en utilisant la methode de separation des variables. Les coordonnees cartesiennes sont employees dans cette etude. Cette resolution analytique s’effectue a l’aide d’un code de calcul developpe sous MATLAB. Les resultats sont ensuite compares avec ceu...

This study consists in presenting an experimental study of an axial superconducting rotating mach... more This study consists in presenting an experimental study of an axial superconducting rotating machine. The inductor of the machine is based on the principle of magnetic concentration using bulks superconductors. The parameters of the machine are identified experimentally by carrying out static, dynamic, at the ambient temperature and at 77 K.

2018 International Conference on Electrical Sciences and Technologies in Maghreb (CISTEM), 2018

Toutes les méthodes d’aimantation des supraconducteurs sont basées sur la variation du champ magn... more Toutes les méthodes d’aimantation des supraconducteurs sont basées sur la variation du champ magnétique appliqué qui résulte des caractéristiques de l’inducteur utilisé. Dans ce papier nous avons développé un modèle analytique pour montrer l’effet de la présence d’une pastille supraconductrice sur la valeur de l’inductance d’une bobine circulaire de section transversale rectangulaire placée dans un circuit ferromagnétique avec entrefer. Ce modèle est basé sur la détermination du potentiel vecteur magnétique à partir de la résolution les équations de Laplace et de poisson dans les différentes régions d’intérêt en utilisant la méthode de séparation des variables. Cette résolution analytique s’effectue à l’aide d’un code de calcul développé sous MATLAB. Les résultats obtenus sont comparés avec ceux obtenus par une simulation numérique basée sur la méthode des éléments finis implémentée sous COMSOL. Une concordance remarquable est observée entre les deux résultats.

Dans cet article, nous traitons un probleme magnetostatique qui consiste a calculer le potentiel ... more Dans cet article, nous traitons un probleme magnetostatique qui consiste a calculer le potentiel scalaire magnetique d’une bobine supraconductrice de type solenoide. Ceci permet une meilleure conception electromagnetique d’une machine electrique tournante. Pour ce faire, l’equation de Laplace est resolue en utilisant une technique de Monte Carlo. Des simulations sont realisees ou les resultats obtenus par la methode de Monte Carlo sont comparees a une solution analytique dans un cas particulier.

L’aimantation des supraconducteurs, notamment par des champs magnetiques impulsionnels, necessite... more L’aimantation des supraconducteurs, notamment par des champs magnetiques impulsionnels, necessite le dimensionnement correct de l’inducteur. Dans cet article, nous avons developpe un modele analytique dans le but de calculer l’inductance d’une bobine dans un circuit ferromagnetique avec entrefer contenant une pastille supraconductrice. Dans ce modele, il s’agit de resoudre les equations de Laplace et de Poisson dans differentes regions d’interet a travers le potentiel vecteur magnetique. La resolution analytique s’effectue a l’aide d’un code de calcul developpe sous MATLAB. Une simulation numerique sous COMSOL est egalement effectuee pour ce probleme. Les deux methodes sont comparees et les resultats coincident parfaitement. L’expression analytique de l’inductance obtenue peut ainsi servir a dimensionner l’inducteur du systeme d’aimantation pour les supraconducteurs.

L’utilisation des supraconducteurs en genie electrique permet d’obtenir des performances ameliore... more L’utilisation des supraconducteurs en genie electrique permet d’obtenir des performances ameliorees en termes de puissance massique par exemple. Cependant leur fonctionnement necessite de les refroidir a des temperatures tres basses. Il y a donc necessite d’un environnement cryogenique. Les principaux cryogenes utilises sont l’helium liquide et l’azote liquide. De plus en plus les cryocoolers sont utilises dans les applications des supraconducteurs, Dans cet article deux applications en genie electrique de ces crycoolers sont presentes, un moteur synchrone a inducteur supraconducteur et un banc de caracterisation electrique de fil supraconducteur.

All magnetization methods of superconducting materials are based on the variation of the applied ... more All magnetization methods of superconducting materials are based on the variation of the applied magnetic field that results from the characteristics of the used inductor. In this paper we have developed an analytical model to calculate the inductance for a coil of a ferromagnetic circuit with gap including a superconducting pellet. This model is based on the determination of the magnetic vector potential from solving the Laplace’s and Poisson’s equations in different regions of interest, using the separation of variables method in which the Cartesian coordinates are used. The boundary and continuity conditions between regions are considered to determine the global solution. This analytical resolution is carried out using a computation code developed under MATLAB. The results obtained are compared with those obtained by a numerical simulation based on the finite element method implemented under COMSOL. A remarkable concordance is observed between both approaches.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018

In previous papers a new method to characterize HTS pellets has been presented This method is bas... more In previous papers a new method to characterize HTS pellets has been presented This method is based on the measurement of their complete penetration magnetic flux density BP. It allows determining the critical current density JC and the nvalue of the classical power law model. In this paper, a method of determination of BP of a unique HTS pellet from the measurements of the magnetic field at its top-center surface is presented. This is a simpler and cheaper method than previous methods. It uses analytical calculation based on Biot and Savard law and numerical calculation based on power law. The maximum magnetic flux density produced by the SC pellet BZSCM is deduced from the measurement. BP is deduced from BZSCM multiplying it by a coefficient analytically calculated. The influence of JC(B) on this method is presented and analyzed.  Index Terms-Superconductors, magnetic field diffusion, critical current density. I.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2018

The development of bulk magnets based on REBCO type superconductors that can generate up to 17 T ... more The development of bulk magnets based on REBCO type superconductors that can generate up to 17 T requires the implementation of a magnetization system, sometimes pulsed. Therefore, at least one coil around the High Temperature Superconducting (HTS) bulk is required. In this paper, we suggest an analytical approach in order to assess the magnetic vector potential and to compute the inductance of a coil having a rectangular crosssection and concentric with a magnetic circuit including an air-gap. On a proposed geometry, analytical results are compared with those obtained by using Finite Element Analysis (FEA). The gained analytical expressions give accurate results with an error less than 1% on the inductance value of the coil. The induced current density and trapped magnetic field in a HTS bulk during a Pulsed Field Magnetization (PFM) are also calculated using the proposed analytical expressions of the magnetic vector potential combined with an integral method. The achieved results show a remarkable match with those obtained with COMSOL.