Calculs électriques

design electrique

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 supplém. 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 fer peuvent être calculées analytiquement avec les formules des Steinmetz, Howe ou Bertotti.

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.  

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

De nos jours le développement de nouvelles machines inclus des calculs du champ magnétique par la méthode des éléments-finis. Cela permet de déterminer les pertes fer selon leurs lieus de production. Pour la conception d’un long moteur électrique, ces calculs peuvent être effectués en 2D. Pour les grosses machines, on peut effectuer les calculs pour plusieurs sections. Une analyse plus détaillée peut nécessiter des calculs de champ magnétique en 3D à l’aide d’un logiciel commercial.

Localisation des pertes

La localisation des pertes électriques selon leurs lieux de production est pour la conception d'une machine sans grande importance, 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 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. Plus difficile et moins précise est cependant la localisation des pertes supplémentaires. Elles peuvent être calculées et localisées grâce à des formules librement disponibles. Les pertes dépendantes de la charge sont dues au convertisseur de vitesses. Les pertes indépendantes de la charge sont quant à elles dues au champ magnétique et elles peuvent être localisées au niveau de l’entrefer coté rotor et coté stator.

  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.