Caractérisation d`un matériau ferromagnétique pour une

Flux
CEDRAT S.A. 15, Chemin de Malacher Inovallée – 38246 MEYLAN Cedex (France) – Tél : [phone] – Email : [email protected]
Exemple étudié Date de
création
Caractérisation d'un matériau ferromagnétique
08/09/2009
www.cedrat.com Auteur : Pascal Ferran - Université Claude Bernard Lyon Réf. FLU2_MS_MAG_06
Programme Dimension Version Physique Application Métier
Flux 2D 10.3 Magnétique Statique
Divers
magnétique
CONTEXTE
Présentation
Généralités Cette application consiste à reproduire la caractérisation des matériaux par la
méthode du tore. Pour cela nous considérons un tore bobiné avec deux bobinages
(primaire et secondaire).
Le matériau qui constitue le tore est caractérisé par un modèle défini par la
combinaison d’une droite et d’une courbe en arc tangente. Js et µr constituent les
paramètres de ce modèle.
Un courant sinusoïdal est injecté dans le bobinage primaire, une tension induite est
mesurée au secondaire. Au courant correspond le champ magnétique H, à la tension
correspond le champ d’induction magnétique B. La courbe B(H) résultante nous
permet de caractériser le matériau.
En conclusion, il s’agira de comparer la courbe B(H) originale et celle « mesurée » via
le tore.
Objectifs - Calcul de l’induction magnétique au sein du tore à partir de la tension aux bornes du
bobinage secondaire,
- Calcul de la valeur du champ magnétique H au sein du tore ferromagnétique,
Les paramètres que l’utilisateur pourra faire varier seront :
- La perméabilité relative moyenne du matériau magnétique (MUR),
- La valeur de la polarisation magnétique à saturation du matériau (JS),
- Le courant maximum (I_MAX) injecté dans le bobinage primaire,
- Le nombre de spires des bobinages primaire et secondaire (NP, NS),
Rappels
théoriques Se référer à l’annexe.
Propriétés
-Rayon moyen nominal du tore : R_MOY = 28.75 mm,
-Nombre nominale de spires du bobinage primaire et
secondaire sont : Np = 4000 spires et Ns = 1000 spires,
-Caractéristiques nominales du matériau du tore :
Js = 1.2 T et µr = 500
-Valeur maximale du courant continu injecté dans le
bobinage primaire : I_MAX = 1 A
-Les mesures sont réalisées en continu.
illustration Caractéristiques principales

CONTEXTE Flux
PAGE 2 Caractérisation d'un matériau ferromagnétique
Quelques résultats…
Représentation de la courbe B(H) du matériau en considérant différents modes de calcul
(l’ensemble des paramètres sont nominaux)
Répartition de la densité surfacique de flux magnétique (I = 1A, Np = 4000, Ns= 1000,
r = 500 et Js = 1,2T)
(l’ensemble des paramètres sont nominaux)
Pour aller plus loin…
- Impact d’un entrefer dans un circuit magnétique de forme torique,
- Etude de capteurs de courant,
- Étude 3D relative à la caractérisation des matériaux via la méthode du tore,…

Flux MODELE DANS FLUX
Caractérisation d'un matériau ferromagnétique PAGE 3
MODELE DANS FLUX
Domaine
Dimension 2D Profondeur THICKNESS Boîte « infini » Disque
Unité long. mm Unité angle degrés Dimensions Rint : 100 mm Rext : 150 mm
Périodicité - Symétrie -
Nombres de répétitions : Caractéristiques Angle de début :
Parité
Application physique Magnéto Harmonique Propriétés -
Géométrie / maillage
Modèle complet dans l’environnement FLUX Maillage réalisé
Maillage Type 2ième ordre Nombre de nœuds 10133
Paramètres d’entrée
Nom Nature Description Valeur nominale
THICKNESS Géométrique Profondeur du problème 7 mm
ALPHA Physique Coefficient de variation du courant 1
I_MAX Physique Intensité maximale du courant 1 A
Js Physique Polarisation magnétique à saturation du
matériau 1.2 T
MUR Physique Perméabilité relative moyenne du matériau 500
Np Physique Nombre de spire du bobinage primaire 4000
Ns Physique Nombre de spire du bobinage seconde 1000

MODELE DANS FLUX Flux
PAGE 4 Caractérisation d'un matériau ferromagnétique
Base de matériaux
NOM MATERIAL
Modèle B(H) Saturation isotrope analytique
Caractéristiques
magnétiques MUR - Js
Modèle J(H) -
Caractéristiques
électriques -
Modèle D(E) -
Caractéristiques
diélectriques -
Modèle K(T) -
Caractéristiques K(T) -
Modèle RCP(T) -
Caractéristique RCP(T) -
Régions
NOM AIR INFINITE MAGNETIC_CIRCUIT PRIMARY_COIL_MINUS
Nature Surfacique Surfacique Surfacique Surfacique
Type Région air ou
vide Région air ou vide Région magnétique non conductrice Région de type conducteur bobiné
Matériau associé - - MATERIAL -
Ens. mécanique - - - -
Composant
circuit associé - - - PRIMARY_FIELD
Caractéristiques
électriques - - - Np spires – Orientation
du courant négative
Source de courant - - - -
Caractéristiques
thermiques - - - -
Source de chaleur
éventuelle - - - -
NOM PRIMARY_COIL_PLUS SEC_MINUS SEC_PLUS
Nature Surfacique Linéique Linéique
Type Région de type
conducteur bobiné Région de type conducteur bobiné Région de type conducteur bobiné
Matériau associé - - -
Ens. mécanique - - -
Composant
circuit associé PRIMARY_FIELD SECONDARY_COIL SECONDARY_COIL
Caractéristiques
électriques Np spires – Orientation du courant positive Ns spires – Orientation du courant négative Ns – Orientation du courant positive
Source de courant - - -
Caractéristiques
thermiques - - -
Source de chaleur
éventuelle - - -

Flux MODELE DANS FLUX
Caractérisation d'un matériau ferromagnétique PAGE 5
Ensembles mécaniques
Ensemble FIXE : Ensemble COMPRESSIBLE :
Type
Ensemble MOBILE : Caractéristiques
Type de cinématique Info. générales
Caractéristiques internes :
Caractéristiques externes :
Butées mécaniques
Circuit électrique
Composant Type Caractéristiques Région(s) associée(s)
PRIMARY_FIELD Conducteur bobiné Courant imposé :
I_MAX x ALPHA PRIMARY_COIL_MINUS PRIMARY_COIL_PLUS
SECONDARY_COIL Conducteur bobiné Courant imposé : 0 SEC_MINUS
SEC_PLUS
Schéma électrique
Paramètres de résolution
Type de solveur
Systèmes linéaires Choisi automatiquement Paramètres Définis automatiquement
Précision 0.0001 Nbre max.
d’itérations 100
Type de solveur
Systèmes non linéaires Newton Raphson Méthode de calcul du
coefficient de relaxation Méthode déterminée automatiquement
Couplage thermique -
Caractéristiques avancées -
Résolution
Scénario Nom du
paramètre Type de paramétrage Méthode de variation Plage de variation Sélection des pas
SCENARIO_1 ALPHA Physique Liste de pas 0.0 à 1.0 0.01, 0.02, 0.05, 0.075, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5,
0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0
Temps de résolution 40 secondes Système d’exploitation Windows XP 32 bits