Influence d'entrefers à base de ferrites sur l'effet self-inductif dans un circuit magnétique : Application à basse fréquence

Influence of a ferrite air-gap on the self-inducted effect in a magnetic circuit; low frequency application

• Auteur / Autrice : Thierry Dintzer
• Direction : Serge Vilminot, Geneviève Pourroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Induction électromagnétique

Éclairage à décharge électrique

Lampes fluorescentes

Résumé

Le ballast sert à allumer et réguler le courant dans un tube fluorescent. Il comprend une bobine entourée par un noyau possédant un entrefer. Dans le but de limiter le courant en cas d'échauffement anormal, il a été envisagé de remplacer l'entrefer, formé d'une feuille d'aluminium, par un matériau présentant une perméabilité thermiquement croissante entre 20 et 200ʿC. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'une convention CIFRE avec la Société Vossloh Schwabe France. Après une présentation théorique du système et un chapitre expérimental, ce mémoire présente le premier matériau considéré, le grenat de gadolinium Gd3Fe5O12 , qui est un ferrimagnétique à point de compensation situé vers 20ʿC. Au-delà de cette température, son aimantation augmente, propriété recherchée. Des entrefers ont été réalisés en Gd3Fe5O12 à partir de bandes obtenues par coulage de barbotine, puis frittage à haute température. Les échantillons ont été caractérisés par diffraction des RX et mesures magnétiques au Foner et au SQUID. Après leur insertion dans un ballast, nous avons suivi la variation thermique de l'inductance de ce dernier. L'effet recherché est bien observé mais se limite aux tensions inférieures à 25 V, ceci en relation avec la saturation magnétique du matériau d'entrefer. Pour limiter ce phénomène, nous avons modifié les caractéristiques de l'entrefer en jouant sur sa densité, son épaisseur et sa composition en substituant le Gd3Fe5O12 par de l'yttrium ou de l'aluminium. Cependant, nous observons la même limitation en voltage. Nous nous sommes alors tournés vers d'autres ferrites de type Ni0,5Zn0,5Fe2O4 ou Mn0,495Zn0,41Fe2,063O4 ou Ba3Co2Fe24O41, matériaux dont la perméabilité magnétique augmente entre 20 et 200ʿC. Ces matériaux ont été mis en forme de la même façon que le Gd3Fe5O12 et les mêmes caractérisations ont été effectuées. Dans aucun cas on ne retrouve l'évolution très nette avec la température pour les tensions inférieures à 25 V.

The aim of this thesis was to replace the Aluminum sheets in a ballast by a magnetic substance to increase the life time of fluorescent tubes. The principal problem that reduces the latter is the short circuit in the system comprising the starter, the tube and the ballast. This work was done within a collaboration between an academic partner, IPCMS, and an industrial one, Vossloh Schwabe France. Three families of Ferrite magnets having the (a) Garnet, (b) Spinel and (c) Hexagonal structure, have been synthesized and characterized using X-ray diffraction, Faraday, VSM and SQUID magnetometers at IPCMS and their performance evaluated at Vossloh. One of the required elements is a material that has a magnetic permeability increasing from 20 to 200ʿC. The three choices were based on the range of the Curie temperatures (150ʿC< TC < 300ʿC), saturation magnetization and coercivities (0-100 Oersted). For Gd3Fe5O12, with a compensation temperature of 20ʿC, gives the best performance in a limited voltage range. The inductance increases from 20 to 200ʿC for applied voltage less than 20V and decreases for higher voltages. The temperature dependence of the inductance is similar for different thickness of the air-gap or filling densities. However, the value at the maximum decreases with lowering filling-density or increasing thickness. On substituting Gd for Y and Fe for Al the measured inductance scales with the magnetization and not to the permeability. Both the Spinel and the hexagonal ferrites have low performances due to the high magnetization.