Caractérisation et modélisation de circuits magnétiques PDF Download
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Author: Benjamin Ducharne
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Languages : fr
Pages : 117
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Book Description
La modélisation complète des systèmes électromagnétiques implique la prise en compte de l'ensemble des lois physiques qui régissent les phénomènes. L'utilisation de lois empiriques pour la représentation des circuits magnétiques est suffisante pour des études de dimensionnement des machines électriques. Cependant ces méthodes ne sont pas suffisamment rigoureuses pour le calcul des pertes et la reconstitution des formes d'ondes des grandeurs magnétiques et électriques. L'étude locale des circuits magnétiques est nécessaire quant à la détermination et à la prédiction des zones sensibles d'un circuit magnétique. Nous proposons dans ce manuscrit de thèse une contribution à la caractérisation globale et locale des circuits magnétiques. Ces caractérisations ont comme objectif final le renseignement des modèles et la validation expérimentale de ceux-ci. En privilégiant dans la modélisation la représentation du comportement des matériaux magnétiques (hystérésis dynamique, diffusion..) par rapport aux considérations géométriques sur les circuits, nous recherchons des signatures électriques et magnétiques plus réalistes. Ces résultats, obtenus initialement pour des géométries très simplifiées, sont progressivement étendus à des formes plus complexes. La présentation en fin de manuscrit d'une application réelle confirme l'intérêt d'un tel sujet, et illustre les transferts possibles vers le monde de l'entreprise.
Author: Benjamin Ducharne
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Languages : fr
Pages : 117
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La modélisation complète des systèmes électromagnétiques implique la prise en compte de l'ensemble des lois physiques qui régissent les phénomènes. L'utilisation de lois empiriques pour la représentation des circuits magnétiques est suffisante pour des études de dimensionnement des machines électriques. Cependant ces méthodes ne sont pas suffisamment rigoureuses pour le calcul des pertes et la reconstitution des formes d'ondes des grandeurs magnétiques et électriques. L'étude locale des circuits magnétiques est nécessaire quant à la détermination et à la prédiction des zones sensibles d'un circuit magnétique. Nous proposons dans ce manuscrit de thèse une contribution à la caractérisation globale et locale des circuits magnétiques. Ces caractérisations ont comme objectif final le renseignement des modèles et la validation expérimentale de ceux-ci. En privilégiant dans la modélisation la représentation du comportement des matériaux magnétiques (hystérésis dynamique, diffusion..) par rapport aux considérations géométriques sur les circuits, nous recherchons des signatures électriques et magnétiques plus réalistes. Ces résultats, obtenus initialement pour des géométries très simplifiées, sont progressivement étendus à des formes plus complexes. La présentation en fin de manuscrit d'une application réelle confirme l'intérêt d'un tel sujet, et illustre les transferts possibles vers le monde de l'entreprise.
Author: Charles Cyr
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Pages : 206
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Les matériaux magnétiques composites doux sont utilisés pour réaliser des circuits magnétiques de machines électriques. Ils sont formés de particules de fer revêtues d’une mince couche de diélectrique et pressées à haute densité. La conception des machines électriques à l’aide de ces matériaux requiert la connaissance de méthodes de caractérisation de leurs propriétés électriques et magnétiques. L’optimisation des propriétés magnétiques des matériaux composites nécessite la compréhension des phénomènes se produisant à l’échelle microscopique et de leur influence sur la caractéristique d’aimantation à l’échelle macroscopique. Des méthodes de caractérisation adaptées aux matériaux magnétiques composites sont développées dans cette thèse : elles concernent la mesure de la caractéristique d’aimantation, de la résistivité et des pertes magnétiques. L’utilisation de ces méthodes démontre que l’inhomogénéité et l’anisotropie des propriétés des circuits magnétiques faits de matériaux magnétiques composites, considérées comme relativement négligeables dans les travaux publiés jusqu’à présent, sont suffisamment importantes pour influencer le développement du matériau, le dimensionnement des machines électriques et les tests de qualité en production. Un modèle permettant de relier la caractéristique d’aimantation à la structure des matériaux magnétiques composites et aux propriétés des constituants est proposé. Ce modèle est basé sur la simulation en calcul des champs de l’écoulement du flux magnétique à travers la structure microscopique du matériau et il permet de retrouver la caractéristique d’aimantation à l’échelle du circuit magnétique. Les relations obtenues démontrent un couplage significatif entre les propriétés globales, comme la perméabilité maximale, et certaines grandeurs à l’échelle microscopique, comme l’épaisseur du revêtement des particules de fer. Les modèles et les méthodes de caractérisation proposés peuvent ainsi être efficacement utilisés pour l’optimisation des dimensions des machines faites de matériaux magnétiques composites ainsi que pour l’optimisation des propriétés de ces matériaux en vue d’applications spécifiques.
Author: Hakim Dhahbi
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Le sujet concerne l'étude de capteurs d'alimentation utilisés dans les disjoncteurs de Schneider Electric qui doivent fonctionner de plus en plus à fréquences variables. On s'intéresse notamment aux « pertes fer », en s'appuyant sur leur caractérisation et leur modélisation. L'étude s'appuie sur l'amélioration du modèle LS dans le but de son intégration dans le dimensionnement du capteur. Le modèle est intégré en post traitement sur Flux®, une application en temps réel a donc été développée afin d'intégrer les pertes dans la simulation du capteur et de son environnement. Une analyse expérimentale du comportement du circuit magnétique du capteur a aussi été entreprise d'une part en intégrant de nouveaux matériaux et d'autre part en tenant compte des procédés de fabrications et des conditions de fonctionnement du capteur. Aussi une étude calorimétrique a été menée afin de mesurer les pertes fer du capteur expérimentalement et de mettre en place des mesures références à comparer avec les résultats de simulations. Enfin, deux missions principales ont été entreprises et restent à finaliser : une nouvelle méthode du modèle LS statique et un dispositif expérimental, un calorimètre, a été conçu et testé mais des améliorations restent à réaliser.
Author: François Blache
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Ce mémoire commence par une présentation de l'état de l'art en matière de circuits équivalents et de caractérisation expérimentale des composants bobinés. Il précise ensuite les modifications à apporter au circuit équivalent initial, pour des transformateurs à faible rendement et/ou faible couplage, ainsi que les méthodes de caractérisation expérimentale applicables à de tels composants. Les éléments du circuit équivalent du composant faisant l'objet de cette étude sont ensuite " évalués expérimentalement. La simulation, à l'aide du logiciel PSPICE, du comportement d'un circuit électronique intégrant ce composant est confrontée à l'expérience. Le gain en précision résultant de l'emploi d'un modèle adéquat pour chaque composant bobiné est ainsi mis en évidence. La suite de l'étude porte sur le calcul des éléments du circuit équivalent du transformateur à partir des données technologiques. Dans un premier temps, l'accent est mis sur les capacités parasites. En menant en parallèle une étude analytique et une modélisation électrostatique grâce au logiciel FLUX2D, l'incidence du mode de bobinage sur la valeur des capacités est analysée en détail. Des règles pratiques de bobinage, visant à diminuer ces capacités parasites, sont justifiées et appliquées à des prototypes industriels, avec succès. Le calcul des grandeurs magnétiques et des pertes à l'aide du logiciel FLUX2D, nécessite l'introduction d'une perméabilité complexe. Nous discutons alors de certaines limites de validité des méthodes classiques de caractérisation des matériaux magnétiques. Enfin, une méthode expérimentale originale, destinée à mesurer, à chaque fréquence, la résistivité et la perméabilité complexe d'un matériau magnétique conducteur linéaire est proposée et validée. Cette méthode est ensuite étendue au cas des matériaux composites (ferrites).
Author: PATRICK.. FOUASSIER
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Pages : 218
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L'AUGMENTATION DES FREQUENCES DE FONCTIONNEMENT NECESSITE UNE MODELISATION PLUS REALISTE DES COMPOSANTS MAGNETIQUES. DEDUIT UNIQUEMENT DE MESURES EXTERIEURES, LE CIRCUIT ELECTRIQUE EQUIVALENT QUI LEUR EST ASSOCIE COMPORTE UNE VINGTAINE D'ELEMENTS DISCRETS. DETERMINE DE FACON SYSTEMATIQUE, GRACE A UNE APPROCHE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE RIGOUREUSE, ET RAPIDE, GRACE A L'UTILISATION DE MOYENS INFORMATIQUES ADAPTES, IL PERMET DE REPRESENTER L'ENSEMBLE DES PHENOMENES PHYSIQUES QUI INTERVIENNENT DU CONTINU JUSQU'A UNE OU DEUX DECADES AU-DELA DE LEUR FREQUENCE DE TRAVAIL. UNE ETUDE EN TEMPERATURE UNIFORME A MONTRE QUE LA POSSIBILITE DE PREDIRE LE COMPORTEMENT ELECTRIQUE D'UN TRANSFORMATEUR A TOUTE TEMPERATURE, A PARTIR DE SA CARACTERISATION A LA TEMPERATURE AMBIANTE UNIQUEMENT, ETAIT ASSUREE POUR LES ENROULEMENTS. LES DONNEES CONSTRUCTEUR DEMEURENT PAR CONTRE INSUFFISANTES POUR QUANTIFIER CORRECTEMENT L'EVOLUTION DU CIRCUIT MAGNETIQUE. LES RESISTANCES DU CIRCUIT EQUIVALENT, REPRESENTATIVES DES PERTES DANS LE COMPOSANT, ONT PAR AILLEURS ETE VALIDEES PAR CALORIMETRIE. ELLES PERMETTENT AINSI D'ESTIMER, AVEC UNE TRES BONNE PRECISION, LES PUISSANCES DISSIPEES POUR UNE EXCITATION ET UNE CHARGE DONNEES. EN VUE DE REPONDRE A L'ABSENCE DE DONNEES COMPLETES ET REALISTES DE LA PART DES FOURNISSEURS DE FERRITES, UNE NOUVELLE METHODE DE CARACTERISATION DES MATERIAUX MAGNETIQUES A ETE DEVELOPPEE. MOYENNANT QUELQUES PRECAUTIONS EXPERIMENTALES, ELLE PERMET D'ACCEDER, A TOUTE FREQUENCE ET TOUTE TEMPERATURE UNIFORME, AUX DONNEES PERMEABILITE ET PERMITTIVITE COMPLEXES AU MOYEN DE RELATIONS ANALYTIQUES SIMPLES. LA METHODE DONNE DES GRANDEURS APPLICABLES A TOUT CIRCUIT MAGNETIQUE, QUELLE QUE SOIT SA FORME, ET ELLE REND COMPTE DE TOUS LES PHENOMENES PHYSIQUES QUI PRENNENT NAISSANCE DANS LE MATERIAU LORSQUE LA FREQUENCE AUGMENTE, NOTAMMENT DU COMPORTEMENT CAPACITIF QUE L'ON OBSERVE DANS LES FERRITES DES QUELQUES DIZAINES DE KHZ. CETTE METHODE PERMET D'ESTIMER LES PERTES FER JUSQU'A ENVIRON 10 MHZ.
Author: FRANCOIS.. BLACHE
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Languages : fr
Pages : 229
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CE MEMOIRE COMMENCE PAR UNE PRESENTATION DE L'ETAT DE L'ART EN MATIERE DE CIRCUITS EQUIVALENTS ET DE CARACTERISATION EXPERIMENTALE DES COMPOSANTS BOBINES. IL PRECISE ENSUITE LES MODIFICATIONS A APPORTER AU CIRCUIT EQUIVALENT INITIAL, POUR DES TRANSFORMATEURS A FAIBLE RENDEMENT ET/OU FAIBLE COUPLAGE, AINSI QUE LES METHODES DE CARACTERISATION EXPERIMENTALE APPLICABLES A DE TELS COMPOSANTS. LES ELEMENTS DU CIRCUIT EQUIVALENT DU COMPOSANT FAISANT L'OBJET DE CETTE ETUDE SONT ENSUITE EVALUES EXPERIMENTALEMENT. LA SIMULATION, A L'AIDE DU LOGICIEL PSPICE, DU COMPORTEMENT D'UN CIRCUIT ELECTRONIQUE INTEGRANT CE COMPOSANT EST CONFRONTEE A L'EXPERIENCE. LE GAIN EN PRECISION RESULTANT DE L'EMPLOI D'UN MODELE ADEQUAT POUR CHAQUE COMPOSANT BOBINE EST AINSI MIS EN EVIDENCE. LA SUITE DE L'ETUDE PORTE SUR LE CALCUL DES ELEMENTS DU CIRCUIT EQUIVALENT DU TRANSFORMATEUR A PARTIR DES DONNEES TECHNOLOGIQUES. DANS UN PREMIER TEMPS, L'ACCENT EST MIS SUR LES CAPACITES PARASITES. EN MENANT EN PARALLELE UNE ETUDE ANALYTIQUE ET UNE MODELISATION ELECTROSTATIQUE GRACE AU LOGICIEL FLUX2D, L'INCIDENCE DU MODE DE BOBINAGE SUR LA VALEUR DES CAPACITES EST ANALYSEES EN DETAIL. DES REGLES PRATIQUES DE BOBINAGE, VISANT A DIMINUER CES CAPACITES PARASITES, SONT JUSTIFIEES ET APPLIQUEES A DES PROTOTYPES INDUSTRIELS, AVEC SUCCES. LE CALCUL DES GRANDEURS MAGNETIQUES ET DES PERTES A L'AIDE DU LOGICIEL FLUX2D, NECESSITE L'INTRODUCTION D'UNE PERMEABILITE COMPLEXE. NOUS DISCUTONS ALORS DE CERTAINES LIMITES DE VALIDITE DES METHODES CLASSIQUES DE CARACTERISATION DES MATERIAUX MAGNETIQUES. ENFIN, UNE METHODE EXPERIMENTALE ORIGINALE, DESTINEE A MESURER, A CHAQUE FREQUENCE, LA RESISTIVITE ET LA PERMEABILITE COMPLEXE D'UN MATERIAU MAGNETIQUE CONDUCTEUR LINEAIRE EST PROPOSEE ET VALIDEE. CETTE METHODE EST ENSUITE ETENDUE AU CAS DES MATERIAUX COMPOSITES (FERRITES)
Author: BRUNO.. LEFEBVRE
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L'ENSEMBLE DE CETTE ETUDE PRESENTE L'ETABLISSEMENT D'UN MODELE DE SIMULATION PASSIFS MAGNETIQUES. LES ELEMENTS CONCERNES SONT LES STRUCTURES A FAIBLES FUITES MAGNETIQUES A L'INTERIEUR DESQUELLES PEUT ETRE DEFINIE UNE VARIABLE FLUX UNIQUE; NOUS MONTRONS LES DIFFERENTES ETAPES QUI ONT PERMIS D'ABOUTIR, A PARTIR D'UNE TECHNIQUE DE SIMULATION COMPORTEMENTALE DEVELOPPEE AU LABORATOIRE, A LA PRISE EN COMPTE DE LA SATURATION, DES COURANTS DE FOUCAULT ET DE L'HYSTERESIS, LORS DE FONCTIONNEMENT EN ONDES QUELCONQUES. LE PRINCIPE EST DE RECONSTITUER LA VARIABLE FLUX MAGNETIQUE AU MOYEN D'UNE OU PLUSIEURS EQUATIONS D'ETAT FAISANT INTERVENIR UN COEFFICIENT DE COMPORTEMENT DYNAMIQUE ET LA CARACTERISTIQUE STATIQUE DU CIRCUIT. CETTE DERNIERE DOIT RENDRE COMPTE DU PROCESSUS D'HYSTERESIS LORSQUE L'ORDRE DE GRANDEUR DU PHENOMENE NE PEUT ETRE NEGLIGE VIS-A-VIS DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE. LE MODELE NECESSITE LA CONNAISSANCE, AU DEPART, DE LA COURBE D'AIMANTATION ET DU CYCLE A SATURATION STATIQUE, AINSI QUE D'UNE COURBE DYNAMIQUE. NOUS AVONS DEVELOPPE UN APPAREILLAGE DE MESURES ECHANTILLONNEES DEDIE A LA CARACTERISATION DES CIRCUITS MAGNETIQUES EN VUE D'UNE SIMULATION. CELUI-CI NOUS A EGALEMENT PERMIS D'EVALUER LES LIMITES DE VALIDITE EN FREQUENCE. AFIN D'ELARGIR LE CHAMP D'APPLICATION A DIFFERENTS MATERIAUX, NOUS AVONS IMAGINE D'INCLURE, DE MANIERE AUTOMATIQUE, L'HYSTERESIS DANS LA DESCRIPTION STATIQUE. LA FAISABILITE DE LA METHODE A ETE MONTREE SUR LA SIMULATION D'EXEMPLES PRATIQUES TELS QUE: INDUCTANCE, TRANSFORMATEUR DE TENSION, TRANSFORMATEUR DE COURANT DANS UN DISJONCTEUR DIFFERENTIEL, ETABLISSEMENT D'UN MODELE DE PERTES FER; LE PROBLEME DU COUPLAGE AVEC DES CIRCUITS DE CHARGE NON LINEAIRES A EGALEMENT ETE ABORDE. L'EFFICACITE DE NOTRE TECHNIQUE DE REPRESENTATION RESIDE DANS LA PRECISION ET LA RAPIDITE DES DEUX ETAPES SUCCESSIVES: IDENTIFICATION-SIMULATION. LA REALISATION EST MAINTENANT POSSIBLE AU MOYEN D'UN OUTIL COMPLET QUI EXISTE AU LABORATOIRE ET DONT NOUS AVONS PU DEMONTRER LA FONCTIONNALITE SUR DE NOMBREUX CAS D'APPLICATION INDUSTRIELLE
Author: Hervé-Georges Fraisse
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Languages : fr
Pages : 152
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Book Description
L'OUTIL INFORMATIQUE TIENT UNE LARGE PLACE DANS LA CONCEPTION DES SYSTEMES DU GENIE ELECTRIQUE. DANS LA PLUPART DES APPLICATIONS, LES TRANSFORMATIONS DE L'ENERGIE ELECTRIQUE PASSENT PAR L'UTILISATION D'UN CIRCUIT MAGNETIQUE. LA PRECISION DE L'OUTIL DE SIMULATION QUANT A LA REPRESENTATION DES FORMES D'ONDES ELECTRIQUES ET DES PERTES D'ORIGINES MAGNETIQUES DANS LE SYSTEME DEPEND DE LA PERFORMANCE DES MODELES UTILISES POUR REPRESENTER LE CIRCUIT MAGNETIQUE ET SON ENVIRONNEMENT (ELECTRIQUE, MECANIQUE). UNE REPRESENTATION COMPLETE DES PHENOMENES MIS EN JEU AU NIVEAU DU CIRCUIT MAGNETIQUE IMPOSE AUX MODELES DE POUVOIR DECRIRE TOUT L'HISTORIQUE DE L'AIMANTATION EN REGIME DYNAMIQUE. LE FORMALISME DES GRAPHES DE LIENS, BIEN ADAPTE A LA DESCRIPTION DES COUPLAGES ENTRE DOMAINES PHYSIQUES DIFFERENTS A ETE UTILISE. APRES UNE ANALYSE ENERGETIQUE DES MODELES DEVELOPPES AU LABORATOIRE, UNE REPRESENTATION BASEE SUR UN ELEMENT NON STANDARD A ETE PROPOSEE ET MISE EN UVRE DANS LE LOGICIEL P.A.C.T.E SUR PLUSIEURS APPLICATIONS. UN APPAREILLAGE DE MESURE CONSTRUIT A CET USAGE A PERMIS UNE VERIFICATION EXPERIMENTALE DES RESULTATS DE SIMULATION.
Author: FRANK.. MARTHOURET
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Languages : fr
Pages : 172
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Book Description
L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE, EN APPORTANT DES SOLLICITATIONS NOUVELLES AUX MACHINES ELECTRIQUES, NECESSITE LE DEVELOPPEMENT D'OUTILS ADAPTES A LA DESCRIPTION DES PHENOMENES. EN PARTICULIER LE COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES CIRCUITS MAGNETIQUES EST DECRIT DE FACON INCOMPLETE PAR DES MODELES DE TYPE SCHEMA EQUIVALENT. A PARTIR D'UN MODELE COMPORTEMENTAL ORIGINAL ETABLI AU CEGELY AVEC DES HYPOTHESES RESTRICTIVES SUR LA GEOMETRIE, NOUS AVONS PROPOSE DES DEVELOPPEMENTS ELARGISSANT LE DOMAINE DE VALIDITE AUX REGIMES TRANSITOIRES RAPIDES ET A DES GEOMETRIES PLUS COMPLEXES. NOUS AVONS DANS UN PREMIER TEMPS INTEGRE LE MODELE D'HYSTERESIS DE PREISACH EN PAS DE TEMPS DANS LE LOGICIEL CONTENANT LE MODELE DE REPRESENTATION DE CIRCUIT MAGNETIQUE. POUR CELA, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE GESTION DE L'HISTOIRE DU MATERIAU ADAPTEE AUX EXIGENCES D'UNE RESOLUTION D'EQUATIONS DIFFERENTIELLES PAR DIFFERENTIATION RETROGRADE. CET OUTIL NOUS A PERMIS D'ETABLIR LE DOMAINE DE VALIDITE ET DE METTRE EN EVIDENCE DES ECARTS IMPORTANTS POUR LES FAIBLES NIVEAUX D'AMPLITUDE DE L'EXCITATION. CES ECARTS, ATTRIBUES AU MODELE DE PREISACH, ONT NECESSITE LA MISE EN UVRE DE TECHNIQUES DE COMPENSATION POUR REDUIRE LES ERREURS DUES AU MODELE STATIQUE. NOUS AVONS REALISE UNE ETUDE FREQUENTIELLE A PARTIR DE CE NOUVEAU MODELE. AFIN D'AMELIORER LA DESCRIPTION DES TRANSITOIRES RAPIDES, NOUS AVONS EFFECTUE UNE ANALYSE DES PHENOMENES PHYSIQUES ET PROPOSE DEUX APPROCHES DIFFERENTES REMETTANT EN CAUSE LES HYPOTHESES D'HOMOGENEITE DU MODELE INITIAL. CES DEUX TECHNIQUES, QUI FOURNISSENT APPROXIMATIVEMENT LES MEMES RESULTATS, ONT PERMIS D'ELARGIR DE FACON SIGNIFICATIVE CES LIMITES FREQUENTIELLES DU MODELE. PAR AILLEURS, POUR POUVOIR DECRIRE UN PLUS GRAND NOMBRE D'APPLICATIONS, IL A ETE NECESSAIRE DE DEPASSER LES HYPOTHESES GEOMETRIQUES RESTRICTIVES DU MODELE INITIAL. LA DEFINITION D'UN TUBE DE FLUX OUVERT ET DE REGLES D'ASSEMBLAGE APPORTE UNE SOLUTION A CE PROBLEME. L'INTRODUCTION DE L'ENSEMBLE DE CES TRAVAUX DANS UN LOGICIEL DE SIMULATION ORIENTEE CIRCUITS PERMET A PRESENT DE DECRIRE DE FACON SATISFAISANTE DES APPLICATIONS INDUSTRIELLES
Author: Abdelkader Benabou
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les performances des dispositifs de conversion électromagnétique de l'énergie reposent en grande partie sur les propriétés des matériaux ferromagnétiques qui les constituent. Dans un contexte d'efficacité énergétique croissante, il devient alors primordial de disposer d'outils, notamment numériques, fiables et précis pour la conception de ces dispositifs. La bonne connaissance et la représentation réaliste du comportement des matériaux magnétiques permettent de contribuer à cet objectif. Ainsi, les travaux présentés s'inscrivent dans une démarche complète de la chaîne de modélisation d'un dispositif de conversion électrique, allant de la caractérisation expérimentale du matériau magnétique et sa modélisation jusqu'à l'implémentation du modèle dans un outil de calcul par éléments finis et la validation expérimentale sur des dispositifs réels. La synthèse de ces travaux de recherche s'articule autour de trois axes: la caractérisation des matériaux magnétiques, leur modélisation et leur exploitation/validation sur des dispositifs réels. Le premier axe traite principalement des techniques de caractérisation spécifiques développées pour extraire les informations sur les propriétés électromagnétiques des matériaux. Le second axe s'intéresse quant à lui aux modèles de matériaux (hystérésis magnétique, pertes fer, approche probabiliste ...) et à l'implémentation de ces modèles dans un outil de modélisation numérique par éléments finis. Enfin, le troisième axe concerne la validation de ces modèles sur des cas concrets de dispositifs de conversion d'énergie.
