Calculs électriques et pertes du fer

design electrique

Le calcul électrique avec schéma de connections basé sur des valeurs expérimentales peut être effectué de façon rapide et simple pour des machines existantes. Après un dimensionnement très simplifié, il est possible d'optimiser, pour cela une série de géométries et points d'opérations différents peuvent être calculés très rapidement. Les développeurs de larges générateurs préfèrent utiliser leurs propres codes de calculs, car ils renferment l'expérience et les mesures confidentielles accumulées pendant des décennies. Les développeurs de moteurs standards de petite ou moyenne taille préfèrent utiliser des logiciels commerciaux.

Pour la conception de moteurs de petite ou moyenne taille, le champ magnétique doit être calculé en utilisant la méthode des éléments finis. Pour un moteur allongé, la précision des calculs 2D peut être suffisante. Avec des machines plus grandes, la machine doit être calculée pour plusieurs coupes. Pour des résultats plus précis, le calcul peut être fait en 3D avec un logiciel commercial.


     Champ magnétique pour un moteur assynchrone
Champ magnétique pour un moteur assynchrone (© Institut pour l'énergie et l'automatisation de l'Université Technique Berlin)

Localisation des pertes

La localisation des pertes électriques selon leurs lieux de production est pour la conception d'une machine sans sans intérêt, les membres du projet sont intéressés par les pertes totales et par le rendement. Une bonne connaissance des lieux de production est cependant indispensable pour un calcul des températures.

Les pertes dans une machine électrique sont catégorisées en pertes Joule du cuivre, pertes fer du circuit magnétique, pertes mécaniques (ventilation et palier) et pertes supplémentaires. Les pertes du cuivre sont les plus importantes ; elles peuvent être calculées directement avec la résistance et le courant, en tenant en compte des effets de surface. Les pertes des bobines du stator et du rotor ainsi que celles produites par le champ magnétique principal dans les dents et la travée se laissent localiser de façon homogène dans les volumes correspondants. À l'aide de calculs de champ magnétique par éléments finis existants, les pertes de fer pour les machines plus grandes peuvent être affectées encore plus précisément en fonction du lieu d'origine.

Pertes du fer et pertes supplémentaures

Les pertes de fer peuvent être calculées analytiquement en utilisant les équations de Steinmetz, Howe ou Bertotti. Les pertes de fer sont calculées comme les pertes spécifiques de l'acier [W/kg] multipliées par la masse et par un coefficient empirique. La perte spécifique est indiquée dans la fiche technique acier pour 1,5 T et 50 Hz. Cette valeur doit être recalculée pour la densité de flux et la fréquence du design. Le coefficient empirique pour déterminer la perte réelle de fer prend en compte les défauts de fabrication, l’épaisseur et le type de lamination, ainsi que les ondes harmoniques. Il est généralement compris entre 1,3 et 2,0 et varie en fonction du type de la machine selon la dent ou la travée.

La répartition des pertes supplémentaires est encore plus difficile et imprécise. Les ingénieurs électriciens ont encore beaucoup de mal avec ce sujet et sont généralement incapables de fournir des données satisfaisantes pour le calcul thermique. Des pertes supplémentaires en fonction de la charge sont dues au convertisseur. Des pertes supplémentaires indépendantes de la charge du circuit magnétique se produisent dans l'entrefer. Lors des tests, la détermination des pertes supplémentaires s'avère difficile, notamment pour les machines à rotation rapide. Une méthode typique pour déterminer les pertes supplémentaires consiste à soustraire les pertes de fer mesurées de l'hystérésis et des pertes par courants de Foucault calculées. Malheureusement, avec cette méthode, toutes les erreurs de mesure et de calcul sont incluses dans les pertes supplémentaires. En outre, les éléments liés à l'hystérésis et aux pertes par courants de Foucault que les équations traditionnelles ne couvrent pas sont mises dans la catégorie des pertes supplémentaires.

Distribution de la densité de flux pour une machine à poles lisses
  Distribution de la densité de flux pour une machine à poles lisses

Calcul combiné du champ électromagnétique et de l'écoulement

Les logiciels commerciaux font beaucoup de promotion pour la multiphysique ; avons-nous vraiment besoin du calcul couplé de l'électromagnétisme, de l’écoulement et du transfert de chaleur? . Les pertes de fer sont pratiquement indépendantes de la température. Seules les pertes de cuivre augmentent avec la température, du fait de l'augmentation de la résistance. Si la température de la bobine a été mesurée, les pertes doivent être déterminées avec cette valeur. Sinon, vous pouvez simplement écrire une formule pour déterminer les pertes cuivre en fonction de la température calculée de la bobine. L'utilisation d'un logiciel multyphysique n'est pas nécessaire.

Moteur à aimant permanent ultra-léger et à moment élevé

Un poids excessif handicape les performances des véhicules, en particulier pour les compétitions de course. Ici, une densité de puissance élevée peut être obtenue en augmentant la vitesse de rotation. La conception se concentre sur l'optimisation du moment et de la carte d'efficacité dynamique du moteur.

Les performances dépendent du cycle de fonctionnement, du comportement d'affaiblissement du champ, du refroidissement, des caractéristiques magnétiques et de perte des matériaux. Les équipes sélectionnent les meilleurs matériaux pour gagner la course. la suite