Le calcul des pertes magnétiques (ou pertes fer) est un calcul a posteriori, qui
s’effectue au niveau du post processeur de Flux.
Ce chapitre présente les modes opératoires pour le calcul des pertes, à partir des
formules de Bertotti modifié, ou avec le modèle LS (Loss Surface).
Les pertes énergétiques dans les dispositifs électrotechniques sont principalement de
trois types :
les pertes magnétiques dans les circuits magnétiques (appelées également "
pertes fer ")
les pertes par effet Joule dans les bobinages (appelées également " pertes
cuivre ")
les pertes mécaniques (essentiellement par frottements dans les machines
tournantes)
Pertes d'origines magnétiques :
Les pertes d’origine magnétique dans un matériau magnétique sont liées aux phénomènes
inductifs résultants de la variation d’induction dans la matière. On les décompose
classiquement en pertes par hystérésis (origine microscopique) et pertes par
courants de Foucault (origine macroscopique). En fait dans les deux cas, il s’agit
de courant de Foucault.
Les pertes par hystérésis (courants de Foucault microscopiques) sont
associées à des courants à petite échelle ; ces courants résultent des
variations locales de l’induction provoquées par l’évolution de la structure
magnétique (mouvement de parois essentiellement)
Les pertes par courants de Foucault (courants de Foucault macroscopiques)
sont dues à la fréquence de l’excitation ; elles apparaissent avec
l’augmentation de la vitesse de déplacement des parois de domaine due à
l’augmentation de la fréquence
Pertes magnétiques et cycle d'hystérésis :
En pratique, les matériaux magnétiques sont caractérisés par leur cycle d’hystérésis
et les pertes magnétiques peuvent être mises en évidence par l’intermédiaire de ce
cycle, comme cela est représenté sur la figure ci-dessous.
L’énergie volumique dissipée par les pertes par hystérésis correspond à
l’aire du cycle d’hystérésis statique (f < 1Hz).
Lorsque la fréquence augmente, l’aire du cycle augmente et l’énergie
volumique dissipée par les pertes par courant de Foucault correspond à la
différence entre l’aire du cycle d’hystérésis dynamique est celle du cycle
statique.
Figure 1. Cycles majeurs pour différentes fréquences
Accès au calcul de pertes fer
Le calcul de pertes fer est accessible dans Flux 2D, Skew et 3D pour les régions
laminées et pour les applications suivantes :
Pour le modèle de Bertotti modifié: Magnéto harmonique (calcul des pertes
fer moyennées) et magnétique transitoire (calcul des pertes fer moyennées ou
instantanées).
Pour le modèle LS : Uniquement en magnétique transitoire (calcul des pertes
fer moyennées ou instantanées), permet également de calculer les pertes en
un point pour afficher le cycle d'hystérésis en ce point.
Remarque : * Les régions feuilletées sont couramment utilisées dans les circuits
magnétiques de transformateurs et de certaines machines électriques dans le but
de réduire les pertes par courant de Foucault.
Calcul des pertes fer
La boite de calcul des pertes fer est accessible en contexte d'exploitation, via le
menu Calcul > Calcul de pertes fer > Calcul de pertes fer
La boite se présente sous la forme suivante :
Type de calcul
Le champ Type de calcul permet de choisir entre les
possibilités suivantes :
Sur régions : ce choix permet de calculer les pertes
fer Bertotti modifié ou le modèle LS sur une sélection de régions
feuilletées. Le modèle de pertes fer peut être défini sur le matériau ou
dans cette boite, via le champ Modèle de pertes. Le
calcul donne en sortie les pertes instantanées et les pertes moyennées sur
la période pour un jeu de paramètres géométriques ou paramètres E/S
fixes.
Multi-paramétrique sur régions : ce choix permet de
calculer les pertes fer Bertotti modifié ou LS sur une sélection de régions
feuilletées. Le modèle de pertes fer peut être défini sur le matériau ou
dans cette boite, via le champ Modèle de pertes. Le
calcul donne en sortie les pertes instantanées pour plusieurs jeux de
paramètres géométriques ou paramètres E/S. Ce calcul peut être utilisé dans
la réalisation d'optimisations ou de cartes d'efficacité.
Sur point avec modèle LS défini dans le matériau : ce
choix est accessible uniquement en mode Avancé, en
magnétique transitoire. Il permet de calculer les densités volumiques de
pertes fer LS sur un point appartenant à une région feuilletée. Le modèle de
pertes fer doit être défini sur le matériau. Le calcul donne en sortie les
densités volumiques de pertes instantanées et de pertes moyennées sur la
période pour un jeu de paramètres géométriques ou paramètres E/S fixes. Un
avantage de ce calcul est la possibilité d'afficher le cycle d'hystérésis
considéré.
Remarque : Afin d'assurer des calculs de pertes fers très rapides,
Flux nécessite de stocker - pendant la résolution - des données dans le
répertoire .FLU et en mémoire. Cela signifie qu'en cas de scénarios
paramétriques avec beaucoup de valeurs (quelques milliers, par exemple), la
taille du répertoire .FLU et la mémoire demandée peuvent grossir énormément, et
ainsi limiter les performance de Flux pour les utilisateurs qui ne sont pas
intéressés par des calculs de pertes fers très rapides. Pour telles situations,
l'option Stockage des données en cours de résolution existe dans l'onglet
Avancé de la boite de dialogue Options de résolution
accessible via le menu Résolution : elle permet à l'utilisateur de
désactiver le stockage des données en cours de résolution et donc de réduire la
taille du répertoire .FLU et la mémoire demandée. D'autre côté, les calculs de
pertes fers sont énormément ralentis.
Remarque : En cas de scénarios avec paramètres géométriques, le
stockage des données pour les calculs de pertes fers très rapides n'est pas
autorisé par Flux. Par conséquent, l'option décrite dans la note précédente est
sans effets.
