Région de type conducteur bobiné avec pertes et description géométrique simplifiée

Introduction

Ce chapitre traite de la création de régions de type conducteur bobiné avec pertes et description géométrique simplifiée. Cette région a besoin de plus d'informations que la région de type conducteur bobiné sans modèle de pertes afin de permettre à Flux d'évaluer les pertes Joules dans le domaine Éléments Finis.

Ce que modélise ce type de région.

La région de type conducteur bobiné avec pertes et description géométrique simplifiée permet à l'utilisateur de représenter une bobine dans le domaine Éléments Finis. La région se comporte comme une source de champ magnétique et peut être pilotée par un circuit ou avoir son courant imposé par l'utilisateur.

Comparé à la région de type conducteur bobiné sans modèle de pertes, ce type de région avec pertes et description géométrique simplifiée demande deux informations supplémentaires à l'utilisateur : un matériau et un taux de remplissage.

Ces informations supplémentaires permettent à Flux de calculer des pertes Joule sur les faces ou les volumes du domaine Éléments Finis mais sont insuffisantes pour prendre en compte les effets de peau et de proximité avec des méthodes d'homogénéisation.

En conséquence, cette modélisation est correcte lorsque la distribution des pertes Joule est indépendante de la fréquence ou d'autres phénomènes. Flux évaluera alors avec précision les pertes sur la base d'une description de la bobine qui reste simple et rapide à créer.

Cette région peut également prendre en compte une résistance additionnelle, qui est une valeur de résistance optionnelle à renseigner lors de la création du composant Composants couplage Eléments Finis associé.

Pour plus de détails sur des modèles de pertes plus poussés d'une région de type conducteur bobiné, voir les rubriques suivantes :

Comment créer cette région dans un projet Flux.

La région de type conducteur bobiné avec pertes et description géométrique simplifiée est une région surfacique en 2D et en Skew, tandis que dans Flux 3D, elle devient une région volumique. La disponibilité de ces régions dans les applications et modules de Flux est abordée dans la rubrique suivante : Modèles de bobines et leur disponibilité dans des projets Flux.

Limitations

A la différence des régions de type conducteur bobiné sans modèle de pertes, comme cette région contient un matériau, il est désormais possible d'exploiter des grandeurs spatiales liées à résistivité du matériau dans une face (2D) ou dans un volume (3D) représentant une bobine (i.e., la densité de pertes ou encore la puissance totale dissipée). Dans le cas d'une région de type conducteur bobiné sans modèle de pertes, l’utilisateur est contraint d'utiliser le composant de couplage EF comme support de calcul.

Les pertes Joule peuvent être évaluées de différentes manières :

Il est à noter que seules les approches 2 et 4 décrites ci-dessus (i.e., celles qui emploient un composant de couplage EF comme support de calcul) évalueront les pertes Joule totales en tenant compte des symétries et périodicités. Dans le cadre de l'utilisation des approches 1 et 3, il faudra alors multiplier le résultat par un facteur k , k étant proportionnel au nombre de symétries et de périodicités.

Les approches 1 et 2 ne prennent pas en compte la puissance dissipée dans la résistance additionnelle du composant de couplage EF.

Ce type de régions ne prend pas compte les effets de peau et de proximité. Il n'est donc pas recommandé de l'utiliser lorsque les densités de courant et de pertes ne sont pas homogènes dans la bobine.

Exemple d'application

Considérons un modèle de solénoïde dans Flux 3D. Une bobine similaire est traitée dans le chapitre présentant une région de type conducteur bobiné sans modèle de pertes, dans laquelle les inductances du solénoïde ont été calculées avec l'aide de capteurs et ont été comparées à un modèle analytique.

Ces informations enrichissent le modèle précédent de représentation d'un solénoïde dans Flux 3D.

Le gain apporté par cette modélisation réside dans le fait que Flux peut alors calculer plus de quantités dans la phase d'exploitation des résultats. La Figure 1 montre quelques exemples qui ont été obtenus dans un projet Magnéto Harmonique représentant un solénoïde alimenté par un courant sinusoïdal d'une valeur de 1/√(2) A RMS.

La région de type conducteur bobiné avec pertes et description géométrique simplifiée ne prend pas en compte les effets de peau et de proximité. Par conséquent, dans cet exemple, nous supposons que les quantités liées à la distribution du courant ont une répartition homogène dans toute la bobine (i.e., densité de pertes Joule, densité de courant), et reste homogène en fonction de la fréquence (i.e., résistance, inductance, densité de courant et de pertes Joule).

Ce comportement est décrit dans la Table 1, qui compare quelques quantités évaluées avec la même application représentant le solénoïde. Les valeurs du tableau sont obtenues par le biais de Capteurs et de Paramètres ES dans Flux 3D pour différentes fréquences.

Les valeurs complexes du courant, de la tension et des puissances calculées par Flux qui sont disponibles dans la Table 1 sont représentés dans le domaine temporel dans la Figure 2. Les courbes de cette figure montrent que le comportement de la région de cet exemple est similaire à un circuit RL avec une résistance et une inductance fixe.

Liens

• Bobines et enroulements dans Flux
• Régions de type Bobine Maillée
• Composants couplage Eléments Finis
• Calcul sur entités physiques
• Capteur
• Paramètres E/S
• Modélisation des bobines pour des domaines symétriques ou périodiques.
• Modèles de bobines et leur disponibilité dans des projets Flux