Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
Si votre chemin de flux est principalement unidirectionnel et que chaque watt de perte sans charge fait mal, choisissez CRGO. Si le champ se déplace, si votre géométrie est désordonnée ou si le coût et la simplicité d'utilisation sont plus importants que la recherche du dernier point de pourcentage d'efficacité, choisissez... CRNGO. Tout le reste ne sert qu'à prouver cette décision à vous-même, à l'achat et au budget des pertes.
Vous connaissez maintenant le schéma classique : l'acier électrique à grains orientés (CRGO) est optimisé pour une magnétisation dans le sens du laminage et domine dans les transformateurs de puissance et de distribution ; l'acier électrique sans grains orientés (CRNGO) a des propriétés quasi isotropes dans le plan de la tôle et est utilisé par défaut pour les moteurs, les générateurs et les machines tournantes.
Ces articles sont parfaits pour les ingénieurs de première année. Ils parlent de l'alignement des grains, des étapes de fabrication, de la teneur en silicium, et présentent même parfois une belle micrographie. Utile une fois. Après cela, les vraies questions sont différentes : jusqu'où peut-on pousser B avant que la perte n'explose, que se passe-t-il sous la contrainte de l'emboutissage, et quand le CRNGO est-il "suffisamment bon" pour un transformateur afin de pouvoir atteindre un point de prix sans détruire le coût d'exploitation sur toute la durée de vie. C'est là que se situe le choix.
Lorsque les équipes de conception s'opposent à CRGO ou CRNGO, elles ne se disputent presque jamais sur les définitions. Elles se disputent sur trois points qui sont légèrement plus compliqués que les fiches techniques.
Tout d'abord, il y a le schéma de flux. Il ne s'agit pas du dessin idéalisé, mais du dessin réel une fois que l'on a ajouté les joints, les découpes, les encoches et les tolérances. Si le chemin principal à travers votre pile est aligné et reste aligné avec une direction de feuille, le CRGO peut véritablement gagner sa place. Si votre champ tourne à chaque cycle électrique, ou si vos laminages sont contraints à des formes où vous coupez constamment dans le sens du laminage, l'avantage se réduit et CRNGO commence à apparaître comme le choix le plus honnête.
Deuxièmement, il s'agit du bilan des pertes à l'induction et à la fréquence réelles de fonctionnement, et non des chiffres du marketing. Le CRGO est brillant dans le test classique P1.5/50 ; le CRNGO est moins bon dans ce test, mais certains aciers CRNGO de qualité supérieure sont adaptés à des fréquences plus élevées ou à des densités de flux différentes et la situation change un peu lorsque l'on quitte le monde classique des 50/60 Hz.
En troisième lieu, il y a la facilité de fabrication et le coût. Qualité du poinçonnage, hauteur des bavures, revêtement, réduction des contraintes, taux de rebut, largeur de la bobine. Le CRGO est souvent plus fin, plus sensible aux dommages dus à la manipulation et supporte moins bien les outils grossiers. Le CRNGO est généralement moins cher au kilogramme, plus disponible dans des épaisseurs adaptées aux moteurs, comme 0,35-0,50 mm, et plus facile à se procurer dans les qualités déjà achetées pour les moteurs.
Si vous ne tenez pas compte de ces trois éléments et que vous vous contentez de regarder le chiffre des pertes sur une seule ligne d'un catalogue, vous pouvez "gagner" une feuille de calcul tout en perdant le système.
Sur le papier, le CRGO offre une densité de flux magnétique environ 30% plus élevée dans le sens du laminage que l'acier non orienté, à des niveaux de silicium similaires. C'est la raison pour laquelle les transformateurs s'y attachent. Dans une jambe bien conçue, avec des joints alignés et des contraintes contrôlées, vous pouvez vraiment utiliser un B plus élevé pour une perte de noyau identique ou inférieure.
Mais les vrais noyaux ne sont pas des bandes d'Epstein. Vous coupez, poinçonnez, coupez en onglet, empilez, serrez. Chacune de ces étapes introduit des contraintes localisées et des régions où le flux emprunte une trajectoire moins idéale. L'orientation du grain est la plus utile lorsque la trajectoire du flux est longue, droite et parallèle à la direction du laminage. L'avantage s'érode dans les coins, les empiècements et les joints en T. C'est pourquoi certains fabricants utilisent délibérément du CRGO de qualité supérieure uniquement dans les pattes principales et acceptent un matériau plus ordinaire dans les empiècements, ou mélangent les qualités pour équilibrer le coût et la performance.
Le CRNGO, en revanche, est alésé exactement de la manière dont les machines tournantes en ont besoin. Dans le plan de la feuille, les propriétés sont conçues pour être aussi uniformes que possible. Vous sacrifiez les meilleures performances de laminage, mais vous évitez les régions catastrophiques les plus défavorables lorsque le champ tourne. Pour un concepteur de moteur, cet aplatissement des extrêmes vaut souvent plus qu'une impressionnante courbe B-H unidirectionnelle.
La question qui se pose est donc la suivante : dans quelle mesure votre flux est-il "unidimensionnel" dans le produit fini, et non pas dans votre analyse par éléments finis avec une symétrie parfaite des matériaux.
Nous allons donner de l'ampleur à ce compromis en utilisant des chiffres réels publiés plutôt que de simples adjectifs.
Les laminés CRGO commerciaux typiques présentent aujourd'hui des pertes de noyau de l'ordre de 0,7-1,1 W/kg à 1,5 T, 50 Hz, en fonction de la qualité (M2 à M6, 0,18-0,35 mm). Les données sur les transformateurs réels fournies par les fabricants et les laboratoires d'essai indiquent souvent des pertes de l'ordre de 0,9-1,3 W/kg à 1,5 T, 50 Hz pour les aciers utilisés dans les transformateurs de réseau.
Les qualités commerciales de CRNGO couvrent une plage plus large. Les qualités standard pour les moteurs et les transformateurs à usage général se situent souvent entre 4 et 6 W/kg à 1,5 T, 50 Hz, avec des qualités améliorées en dessous de 4 W/kg et des qualités moins chères au-dessus. L'épaisseur est généralement de 0,35, 0,5 ou 0,65 mm, les tôles plus fines étant réservées aux machines à haute performance ou aux fréquences plus élevées.
Imaginons donc un cœur de 100 kg fonctionnant à environ 1,5 T à la tension nominale. Le passage de 1 W/kg de CRGO à 4 W/kg de CRNGO ajoute environ 300 W de perte à vide. Sur 20 ans de fonctionnement continu, ces 0,3 kW supplémentaires représentent environ 52 000 kWh. Même à 0,10 USD par kWh, le coût supplémentaire de l'énergie pour un transformateur est de l'ordre de 5 000 USD. La différence de prix de l'acier le premier jour est rarement aussi importante. Dans une sous-station, CRGO gagne cet argument presque à chaque fois.
Prenons maintenant un petit transformateur basse fréquence de 3 kVA qui fonctionne rarement à la tension nominale. La masse du noyau est minuscule ; le cycle de fonctionnement est faible. Ces mêmes chiffres par kilogramme se réduisent au plancher de bruit de l'ensemble de l'installation. Soudain, le prix d'achat inférieur et l'approvisionnement plus facile en CRNGO peuvent être parfaitement rationnels, et de nombreux fournisseurs font exactement cela pour les équipements de faible puissance.
Le contexte modifie la bonne réponse, même avec le même matériel.
Les fiches techniques font allusion à la sensibilité aux contraintes ; la production vous rappelle qu'elle est réelle. Les faibles pertes de CRGO supposent un recuit de détensionnement soigneux ou au moins une déformation plastique minimale. Un poinçonnage agressif, un pliage serré ou un serrage inconsidéré peuvent effacer une part effrayante de l'avantage que vous avez payé.
Les qualités CRNGO ne sont pas immunisées contre les dommages causés par le poinçonnement, mais certaines sont formulées en tenant compte de la résistance mécanique et de l'aptitude au poinçonnement dans leur objectif de conception, en particulier dans les séries destinées à l'industrie automobile. Si votre usine dispose d'un outillage relativement ancien, de volumes importants et que vous ne pouvez pas garantir une manipulation délicate, il est peut-être plus prudent de supposer que vous n'atteindrez jamais les valeurs idéales de CRGO indiquées dans le catalogue.
Le bruit est un autre facteur de différenciation discret. Le CRGO présente une forte anisotropie dans la magnétostriction ; lorsque vous magnétisez dans le sens du laminage et que vous concevez bien les joints, vous pouvez contrôler le ronflement audible dans une mesure utile. Un flux mal aligné ou une forte magnétisation transversale peuvent rendre les choses plus bruyantes que prévu. Le CRNGO a un comportement de magnétostriction plus uniforme ; les concepteurs de rotor et de stator peuvent alors gérer le bruit acoustique par la géométrie des fentes, l'obliquité et l'excitation plutôt que de compter sur l'anisotropie du matériau.
Rien de tout cela n'apparaît dans une simple comparaison marketing "CRGO vs CRNGO", mais cela détermine si votre prototype se comporte comme votre modèle.
Par kilogramme, le CRNGO est généralement moins cher que le CRGO d'épaisseur comparable, en particulier dans les qualités standard à grand volume. Le CRGO, en particulier les qualités Hi-B et premium, a un prix et parfois un délai de livraison pénalisants. Les usines ont une capacité limitée pour la production orientée vers le grain ; les revêtements spécialisés et les tolérances plus étroites ajoutent des contraintes supplémentaires.
D'autre part, le CRNGO est souvent le matériau que votre organisation achète déjà pour les moteurs, les compresseurs et les alternateurs. Le volume à lui seul peut garantir de meilleurs prix, un meilleur service, davantage d'options de largeur de bobine. Cette simplification de la chaîne d'approvisionnement est une raison discrète mais réelle pour laquelle de nombreux fabricants poussent le CRNGO dans des gammes de transformateurs plus petites, souvent jusqu'à environ 100-150 kVA, lorsque les réglementations en matière d'efficacité le permettent.
Ainsi, lorsque quelqu'un dit "CRGO est trop cher", la question n'est pas seulement celle du prix de l'acier. Il s'agit de savoir quel est le niveau d'efficacité imposé pour votre famille de produits, quel est le cycle d'utilisation et quelle part du coût énergétique de la durée de vie de votre flotte est visible pour celui qui signe le bon de commande.
Voici une comparaison compacte qui permet d'avoir des chiffres honnêtes tout en restant pratique. Les valeurs sont des fourchettes typiques ; les qualités spécifiques peuvent différer.
| Aspect de la conception | Laminage CRGO (grain orienté) | Laminé CRNGO (non orienté vers le grain) | Conséquences sur la conception |
|---|---|---|---|
| Comportement magnétique dans le plan du feuillet | Fortement directionnel, optimisé dans le sens du laminage ; propriétés transversales moins bonnes | Presque isotrope dans le plan ; propriétés similaires dans toutes les directions | CRGO excelle lorsque le flux est aligné et stable ; CRNGO est plus sûr lorsque le flux tourne ou que la géométrie est complexe. |
| Perte typique du noyau P1.5/50 | Environ 0,7-1,3 W/kg pour les qualités de transformateurs courantes | Environ 4-6 W/kg pour les qualités standard, <4 W/kg pour les qualités améliorées | Le CRGO l'emporte généralement sur la perte à vide par un facteur de 3 à 5 à 50/60 Hz, bien que le CRNGO premium puisse réduire l'écart. |
| Gamme d'épaisseur typique | Tôles de 0,18 à 0,35 mm dans les applications de puissance | 0,35-0,65 mm courants ; qualités plus fines pour les moteurs à haute performance | Le CRGO plus fin facilite les courants de Foucault à basse fréquence ; le CRNGO plus épais est plus facile à traiter et moins cher. |
| Fréquence "zone de confort | Optimisé pour une alimentation 50/60 Hz, jusqu'à quelques centaines de Hz dans des cas particuliers | Conçu pour une large bande : 50/60 Hz jusqu'à plusieurs centaines de Hz ou plus, en fonction de la qualité. | Pour les machines à haute fréquence, les grades avancés CRNGO sont généralement plus appropriés. |
| Applications typiques | Transformateurs de puissance et de distribution, grands réacteurs, certains grands inducteurs statiques | Moteurs, générateurs, machines tournantes, petits transformateurs, selfs, relais | La règle classique reste valable : CRGO pour les transformateurs, CRNGO pour les moteurs, avec des exceptions à la marge. |
| Coût par kg et disponibilité | Coût plus élevé, en particulier pour les qualités supérieures ; capacité de traitement limitée | Coût inférieur pour les qualités standard ; large disponibilité et familles de produits | Pour les petites unités ou les produits sensibles aux coûts, CRNGO remporte souvent l'appel d'offres. |
| Sensibilité au stress de traitement | Élevée ; un mauvais outillage ou un mauvais serrage peut sérieusement aggraver les pertes et le bruit. | Ces produits sont également concernés, mais de nombreuses qualités sont adaptées au poinçonnage et à la production de masse. | La qualité réelle de votre fabrication peut effacer une grande partie de l'avantage théorique de CRGO. |
Ce tableau n'est pas une réponse à un examen. Il s'agit d'un rappel de ce que vous échangez réellement.
Dans certains cas, il n'est pas nécessaire de réfléchir.
Si vous concevez des transformateurs de puissance ou de distribution de taille moyenne à grande pour un service continu sur le réseau, les réglementations et les attentes des acheteurs concernant les pertes à vide vous obligent presque à utiliser des aciers CRGO ou même des aciers amorphes. La pénalité de perte du CRNGO à 50/60 Hz est tout simplement trop importante lorsque les masses des noyaux atteignent des centaines de kilogrammes. Toute économie d'acier réalisée le premier jour s'évapore en coûts d'exploitation et en problèmes de conformité.
Si votre chemin de flux est proprement orienté, si votre ligne de fabrication peut respecter le matériau (bon poinçonnage, faible bavure, empilage correct, serrage contrôlé) et si vous vous astreignez à des limites d'induction réalistes, le CRGO reste le cheval de bataille silencieux. Vous n'avez pas besoin d'une description poétique de ses grains pour justifier ce choix.
Le CRNGO n'est pas un "substitut bon marché". C'est la bonne solution pour la plupart des machines tournantes et une bonne solution pour de nombreux petits transformateurs.
Dans les moteurs, les générateurs et les alternateurs, le flux tourne. Les aciers non orientés de qualité supérieure sont conçus pour cette réalité : propriétés équilibrées dans toutes les directions, souvent avec des revêtements et des résistances mécaniques adaptées au poinçonnage de fentes serrées et aux rotors à grande vitesse. Essayer de construire un moteur de traction moderne à partir d'un CRGO de qualité transformateur reviendrait à lutter contre le matériau.
Dans les petits transformateurs, les ballasts, les alimentations auxiliaires et les produits magnétiques à faible utilisation, vous avez parfois une contrainte différente : le coût et l'approvisionnement. Dans ce cas, le CRNGO vous permet de réutiliser la même famille d'acier et les mêmes lignes de traitement que pour vos produits moteurs, de simplifier les achats et de répondre aux exigences d'efficacité parce que la masse absolue du noyau et le cycle de fonctionnement sont modestes.
Il existe même des fiches techniques de producteurs d'acier indiquant que les qualités non orientées sont acceptables pour les transformateurs jusqu'à un certain niveau de puissance (de l'ordre de 150 kVA) lorsqu'ils sont conçus en conséquence. Il ne s'agit pas d'une astuce, mais d'une méthode de conception reconnue.
La vie serait ennuyeuse si les règles n'étaient jamais transgressées.
Les transformateurs haute fréquence utilisés dans l'électronique de puissance combinent parfois plusieurs stratégies. Par exemple, un concepteur peut choisir des qualités CRNGO très minces ou des qualités haute fréquence spécialisées lorsque le coût ou la disponibilité des métaux amorphes et nanocristallins est limité, même si ces qualités CRNGO semblent médiocres à 50 Hz. Le point de fonctionnement réel se situe à des dizaines de kilohertz ; les différences relatives se déplacent.
Les grands moteurs avec des trajectoires de flux inhabituellement fixes ou des topologies non conventionnelles pourraient expérimenter des aciers orientés dans des laminages spécifiques, bien que la douleur du traitement soit réelle et les gains modestes, à moins que la conception ne soit très contrainte. Des travaux universitaires ont exploré des textures partiellement orientées dans le CRNGO pour brouiller un peu les pistes, en échangeant une certaine isotropie contre une meilleure performance dans le sens du roulement.
Et puis il y a la réglementation. Alors que les classes d'efficacité se resserrent pour les transformateurs et les moteurs, les producteurs d'acier ne cessent d'introduire de nouvelles variantes de CRNGO de qualité supérieure et de CRGO amélioré. L'écart de perte entre le CRNGO de qualité supérieure et le CRGO de milieu de gamme à un point de fonctionnement donné peut se réduire suffisamment pour que votre décision devienne moins évidente et tienne davantage compte des contraintes de fabrication et des contraintes mécaniques en aval que d'un simple chiffre de W/kg.
Vous gardez donc un œil sur les fiches techniques, non pas parce que vous avez oublié les principes de base, mais parce que la frontière ne cesse de se déplacer.
Lorsque vous choisissez entre les stratifiés CRGO et CRNGO pour une nouvelle conception, vous pouvez considérer cela comme une brève revue de conception avec vous-même.
Partez du comportement du flux. Esquissez le chemin réel à travers le noyau, y compris les joints et les fentes, et pas seulement la branche principale. Si le flux est largement unidirectionnel et que l'application est connectée au réseau ou autrement sensible au coût de l'énergie, supposez CRGO jusqu'à ce que quelque chose de fort vous pousse à vous en écarter. Si le flux tourne ou passe beaucoup de temps en dehors de l'axe, il faut supposer qu'il s'agit de CRNGO.
Examinez ensuite le budget des pertes à la B et à la fréquence réelles que vous utiliserez en service. Utilisez les données de perte de noyau du fabricant ou vos propres mesures à ce point de fonctionnement, et pas seulement les chiffres P1.5/50 qui font la une. Si le passage au CRNGO ajoute des dizaines ou des centaines de watts de perte continue, calculez l'impact énergétique à vie en argent, et pas seulement en watts, et comparez-le au coût supplémentaire de l'acier du CRGO.
Ensuite, interrogez la réalité de votre usine. Âge de l'outillage, contrôle des bavures, capacité de recuit, méthode d'empilage, revêtements, manipulation. Si vous ne pouvez pas préserver de manière réaliste la microstructure délicate du CRGO de la bobine au noyau fini, vous payez pour des performances que vous ne verrez jamais. Dans ce cas, le CRNGO, même avec une perte idéale plus élevée, pourrait produire un produit fini plus proche de sa fiche technique que le CRGO.
Enfin, les contraintes liées aux achats et à la réglementation doivent être prises en compte. Normes d'efficacité, rapports sur les émissions de CO₂, risque d'approvisionnement, diversification des fournisseurs. La "meilleure" réponse technique qui ne peut être obtenue à grande échelle n'est pas la meilleure réponse.
Rien de tout cela n'exige une théorie dramatique. Il s'agit simplement de faire correspondre l'acier à la physique et à l'économie réelles de votre projet, plutôt qu'au slogan marketing du premier article que vous avez lu.
Il est rare que l'on choisisse entre CRGO et CRNGO dans le vide. Vous devez choisir entre un matériau à faibles pertes, optimisé sur le plan directionnel, qui exige une manipulation soigneuse et coûte généralement plus cher, et un matériau plus tolérant, isotrope, qui comporte une pénalité de perte aux points de fonctionnement puissance-fréquence classiques, mais qui s'intègre sans problème dans la production de masse pour les machines rotatives et les petites machines statiques.
Si vous considérez cela comme un slogan d'une ligne, vous obtiendrez le même article que celui publié par tous les autres. Si vous le considérez comme un point de départ et que vous intégrez vos trajectoires de flux, les géométries réelles des noyaux, les limites de l'usine et les coûts énergétiques sur la durée de vie, la "bonne" réponse tend à se révéler assez rapidement. Et il s'agit souvent de la même règle simple : les gros transformateurs efficaces et raccordés au réseau penchent pour CRGO ; les machines tournantes et les unités plus petites ou sensibles aux coûts penchent pour CRNGO. L'intérêt n'est pas de mémoriser cette règle. Il s'agit de savoir exactement pourquoi et où vous êtes autorisé à l'enfreindre.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
French 
English 
German 
Spanish 
Italian 
Japanese 
Korean 
Dutch 
Indonesian