Contribution à la modélisation des pertes par courants de Foucault dans les circuits magnétiques feuilletés des machines électriques

Contribution to modelling of eddy current losses in magnetic stacked cores of electric machines

• Auteur / Autrice : Wagane Koli Faye
• Direction : Gérard Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 05/06/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Noël Burais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Meunier, Brahim Ramdane, Christophe Guérin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Trichet, Ruth V. Sabariego

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits magnétiques

Éléments finis, Méthode des

Foucault, Courants de

Mots clés libres

Courants de Foucault

Homogénéisation

Éléments finis

Circuits magnétiques

Pertes fer

Eddy currents

Homogenization

Finite element method

Lamination stack

Iron iosses

Résumé

Dans le cadre de la lutte contre l'augmentation des gaz à effet de serre et la préservation de l'environnement, l'efficacité énergétique est un enjeu majeur du XXIème siècle. Par exemple, les moteurs et actionneurs électriques sont de plus en plus nombreux dans le monde, les transformateurs de distribution affichent une efficacité énergétique de 97 à 99 %. Cependant, en raison de leur utilisation intensive, leur impact environnemental est loin d'être négligeable. De ce fait une compréhension et une détermination plus précise des pertes dans ces machines électriques permettraient d'améliorer l'efficacité énergétique des dispositifs d'électronique de puissance et des machines électriques. Ces dispositifs sont le siège de pertes dans les bobinages et dans les circuits magnétiques. L'objectif de cette thèse est de pouvoir modéliser, par des méthodes numériques de type éléments finis, les pertes dans les circuits magnétiques feuilletés des machines électriques.Cependant le laminage de ces circuits magnétiques, qui permet de réduire les courants de Foucault, induit de fortes contraintes de modélisation. En effet la nécessité de disposer d'au moins deux éléments finis dans l'épaisseur de peau pour obtenir une solution de qualité, conduit à la réalisation de maillages de taille très importante, incompatible avec les moyens de calcul disponibles aujourd'hui.L'objectif de ce travail est de développer des modèles de lois de comportement homogénéisé des matériaux magnétiques feuilletés dans le cadre de l'utilisation de la méthode des éléments finis en 2D et 3D, avec application aux machines tournantes et aux transformateurs. Ces modèles à priori permettront de prendre en compte les pertes en cours de résolution, afin d'obtenir des résultats précis sur les grandeurs locales et globales, et notamment les pertes, en fonction du temps.

Energy efficiency becomes a global major issue of XXIst century as we are dealing with greenhouse emissions. For instance electric rotating machines and actuators are globally more used than before. Distribution transformers do have 97 to 99% efficiency rate, with a non negligible environmental impact due to their intensive use. A thorough understanding and modeling of losses in those electric devices could help improving and maintaining that level of environmental impact and energy efficiency. This could be productive to many electrical devices from power electronics devices to electric machines and networks, because of losses in windings and magnetic cores. The main aim of this study is to model eddy current losses in laminated magnetic cores of electric machines by means of numerical methods such as Finite Element Methods (FEM).Laminating magnetic cores besides reducing eddy current loops, induces new modeling constraints . The necessary assignment of at least two elements in the skin depth in order to have good quality solutions, leads sometimes to unsolvable problems using actual computation solutions.The purpose will be to develop source code of homogenized behavior laws of laminated magnetic cores using 2D and 3D finite element methods, applied to transformers and electrical motors. Those a priori models consider losses in the main solving process allowing to have accurate results on local and macroscopic entities varying temporally.