Stacked commercial second generation (2G) high temperature superconducting (HTS) tapes has been demonstrated to have great field trapping ability, with superior mechanical, thermal properties and crossed-field performance to HTS bulks. HTS stacks are considered as a very promising candidate for superconducting permanent magnets, which can be used for many applications like superconducting machines and levitation devices. However, the current magnetization methods for HTS stacks are the conventional magnetization methods developed for HTS bulks decades ago, which have various limitations. On the other hand, the recent progress on HTS flux pumping technology enables HTS coils to be successfully magnetized in an effective and efficient way. In this thesis, these two concepts were combined for the first time. Flux pumping for HTS stacks was proposed and developed as a new magnetization technique. I employed two types of flux pumps, the rotating magnet flux pump and the rectifier type flux pump, to magnetize the modified HTS stacks. The design of the flux pumps, the experimental results and the analysis of the observed behaviours are presented in the thesis. This research provides a new direction in the magnetization of HTS permanent magnets, which has the potential to make HTS permanent magnets more practical with lighter, more compact and efficient magnetization setups.

Limitadores de corrente supercondutores resistivos (LCSR) são dispositivos com características elétricas próximas ao ideal quando ocorre a transição do estado supercondutor para o estado normal, limitando a corrente de falta através da inserção rápida de uma resistência na rede. A viabilidade técnica e econômica destes limitadores aumentou após o desenvolvimento dos supercondutores de alta temperatura crítica HTS. A primeira geração de fitas HTS (BSCCO) consiste em multifilamentos de material supercondutor embutidos em uma matriz de prata. A densidade de corrente crítica típica é de aproximadamente 140 A/mm2. Contudo, a resistência alcançada pelo LCSR quando atinge o estado normal não é suficiente para limitar a corrente de falta, sendo necessários longos comprimentos de fitas (~5 km) para que a corrente seja limitada. O recente desenvolvimento de fitas supercondutoras de YBCO com filmes finos texturizados e com substrato de alta resistividade superou o desempenho das fitas de BSCCO para esta aplicação. Com uma densidade de corrente crítica de 136 A/mm2, as fitas de YBCO são bem conhecidas pelo seu alto valor de índice n (aproximadamente 30), rápida resposta de transição após falta e alta resistência elétrica no estado normal. Neste trabalho foram analisados o comportamento elétrico e magnético das fitas de BSCCO e YBCO (em amostras curtas de 0,2 m) utilizando diferentes técnicas de caracterização das propriedades das fitas HTS. A partir destes resultados, medidas com pulsos de corrente DC e AC com intensidades de 3 a 7 vezes a corrente crítica do sistema (I=720 A a 1700 A) com duração de 1 a 5 ciclos da rede em 60 Hz (16 a 80 ms) foram realizados de forma a obter as características do tempo de recuperação em um elemento contendo 4 fitas em paralelo (0,4 m). Os resultados permitiram o projeto, construção e medidas em corrente AC de um protótipo LCSR (Ipico = 2 kA) contendo 16 elementos sob condições normais de operação da rede (220 V - 60 Hz). / Resistive Superconducting fault current limiter (SFCL) are devices with electrical behavior near the ideal when it changes its state from the superconducting to the normal state, limiting the fault current by the insertion of a fast transition resistance in the grid. The technical and economical feasibility of these limiters arose after the development of the high critical temperature superconductors HTS. First generation HTS tapes (BSCCO) consist of multifilamentary composite tapes embedded in a silver matrix. The typical critical current density is approximately 14 kA/cm2. However, the resistance reached by the SFCL when normal state occurs is not high enough to limit the fault current, making necessary long lengths of tapes (~5 km) for limiting purposes. The recently development of coated conductors composites with high resistivity metal substrate have succeeded the BSCCO tapes which are based on YBCO textured film. Upon carrying a critical current density of 13.6 kA/cm2, YBCO tapes are well known for their high n-index value (approximately 30), fast transition response after fault, and high electrical resistance in the normal state. In this work, we will present the electrical and magnetic performance of BSCCO and YBCO tapes (short samples of 0.2 m) using several techniques to characterize the properties of the HTS tapes. It was also performed analysis with DC and AC currents peaks with strength of 3 to 7 times the critical current (I=720 A to 1700 A) lasting 1 to 5 cycles (16 to 80 ms) in order to verify the recovery characteristics in an element with 4 tapes in a parallel connection. And with those characteristics we designed and constructed and measured in AC current a SFCL prototype (Ipeak = 2 kA) consisting in 16 elements to use in the grid (220 V - 60 Hz) under operational conditions.

Limitadores de corrente supercondutores resistivos (LCSR) são dispositivos com características elétricas próximas ao ideal quando ocorre a transição do estado supercondutor para o estado normal, limitando a corrente de falta através da inserção rápida de uma resistência na rede. A viabilidade técnica e econômica destes limitadores aumentou após o desenvolvimento dos supercondutores de alta temperatura crítica HTS. A primeira geração de fitas HTS (BSCCO) consiste em multifilamentos de material supercondutor embutidos em uma matriz de prata. A densidade de corrente crítica típica é de aproximadamente 140 A/mm2. Contudo, a resistência alcançada pelo LCSR quando atinge o estado normal não é suficiente para limitar a corrente de falta, sendo necessários longos comprimentos de fitas (~5 km) para que a corrente seja limitada. O recente desenvolvimento de fitas supercondutoras de YBCO com filmes finos texturizados e com substrato de alta resistividade superou o desempenho das fitas de BSCCO para esta aplicação. Com uma densidade de corrente crítica de 136 A/mm2, as fitas de YBCO são bem conhecidas pelo seu alto valor de índice n (aproximadamente 30), rápida resposta de transição após falta e alta resistência elétrica no estado normal. Neste trabalho foram analisados o comportamento elétrico e magnético das fitas de BSCCO e YBCO (em amostras curtas de 0,2 m) utilizando diferentes técnicas de caracterização das propriedades das fitas HTS. A partir destes resultados, medidas com pulsos de corrente DC e AC com intensidades de 3 a 7 vezes a corrente crítica do sistema (I=720 A a 1700 A) com duração de 1 a 5 ciclos da rede em 60 Hz (16 a 80 ms) foram realizados de forma a obter as características do tempo de recuperação em um elemento contendo 4 fitas em paralelo (0,4 m). Os resultados permitiram o projeto, construção e medidas em corrente AC de um protótipo LCSR (Ipico = 2 kA) contendo 16 elementos sob condições normais de operação da rede (220 V - 60 Hz). / Resistive Superconducting fault current limiter (SFCL) are devices with electrical behavior near the ideal when it changes its state from the superconducting to the normal state, limiting the fault current by the insertion of a fast transition resistance in the grid. The technical and economical feasibility of these limiters arose after the development of the high critical temperature superconductors HTS. First generation HTS tapes (BSCCO) consist of multifilamentary composite tapes embedded in a silver matrix. The typical critical current density is approximately 14 kA/cm2. However, the resistance reached by the SFCL when normal state occurs is not high enough to limit the fault current, making necessary long lengths of tapes (~5 km) for limiting purposes. The recently development of coated conductors composites with high resistivity metal substrate have succeeded the BSCCO tapes which are based on YBCO textured film. Upon carrying a critical current density of 13.6 kA/cm2, YBCO tapes are well known for their high n-index value (approximately 30), fast transition response after fault, and high electrical resistance in the normal state. In this work, we will present the electrical and magnetic performance of BSCCO and YBCO tapes (short samples of 0.2 m) using several techniques to characterize the properties of the HTS tapes. It was also performed analysis with DC and AC currents peaks with strength of 3 to 7 times the critical current (I=720 A to 1700 A) lasting 1 to 5 cycles (16 to 80 ms) in order to verify the recovery characteristics in an element with 4 tapes in a parallel connection. And with those characteristics we designed and constructed and measured in AC current a SFCL prototype (Ipeak = 2 kA) consisting in 16 elements to use in the grid (220 V - 60 Hz) under operational conditions.