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.
Un certificat de matériau vous indique les performances d'une tôle d'acier électrique dans des conditions d'essai contrôlées. Il ne vous indique pas comment ce matériau se comportera après avoir été poinçonné, empilé, emboîté, collé, soudé ou serré.
Cette différence a son importance.
Une tôle conforme peut donner lieu à un empilement de stratifiés de mauvaise qualité. Les contraintes de découpe peuvent réduire la perméabilité. Des bavures peuvent relier des couches voisines. Le soudage peut générer de la chaleur, des contraintes résiduelles et des chemins de courant indésirables. L'empilement semble pourtant correct. Sur le plan dimensionnel, il peut également être conforme.
Sur le plan magnétique, peut-être pas.
Aucune mesure prise isolément ne permet d'expliquer tout. Il faut considérer ces trois résultats dans leur ensemble.
L'acier électrique est fabriqué sous forme de tôles minces et isolées afin de limiter la circulation des courants de Foucault. Une fois que ces tôles entrent en production, leur comportement magnétique peut changer.
Parmi les causes courantes, on peut citer :
Les effets ne se manifestent pas toujours de la même manière.
Un court-circuit dû à une bavure peut entraîner une augmentation nette des pertes dans le noyau CA, tandis que la courbe de magnétisation à basse fréquence ne varie que très légèrement. Les contraintes mécaniques peuvent réduire la perméabilité et augmenter le courant d'excitation, tout en laissant la densité de flux de saturation pratiquement inchangée. Un problème au niveau du joint peut donner au noyau complet un aspect moins bon qu'à un échantillon en forme d'anneau issu du même lot.
C'est pourquoi les essais magnétiques sur les empilements de laminés doivent être effectués séparément qualité des matériaux, effets liés à la fabricationet effets de l'assemblage final.
| Test | Ce qu'il mesure | Ce que cela peut révéler | Conditions d'essai essentielles |
|---|---|---|---|
| Essais de perméabilité | Relation entre la densité de flux magnétique et le champ appliqué | Contraintes de coupe, jeux d'air, assemblages défectueux, erreurs d'orientation, approche de la saturation | Fréquence, densité de flux, orientation du matériau, forme d'onde, géométrie de l'échantillon |
| Essais de perte dans le noyau | Énergie dissipée sous forme de chaleur par cycle ou par seconde | Bavures, dommages au revêtement, effets de soudage, pertes dynamiques, circuits de courants de Foucault excessifs | Fréquence, densité de flux maximale, forme d'onde, température, masse |
| Test de la boucle B-H | Réponse magnétique complète au cours d'un cycle d'excitation | Coercivité, rémanence, perméabilité, aire de la boucle, saturation, asymétrie | Historique d'excitation, fréquence, forme d'onde, correction de phase, température |
| Essais de courant passionnants | Courant nécessaire pour établir le flux requis | Réticence élevée, lacunes locales, contraintes, joints défectueux, saturation | Fréquence, densité de flux maximale, configuration des enroulements |
| Mesure du facteur d'empilement | Volume du matériau magnétique par rapport au volume total de l'empilement | Excès de revêtement, lacunes, ondulations, variations d'épaisseur | Hauteur de la pile, masse, densité, dimensions des feuilles |
Ces mesures se recoupent. Elles ne se remplacent pas mutuellement.
La perte dans le noyau indique la quantité d'énergie dissipée. La perméabilité montre l'intensité avec laquelle l'empilement doit être excité. La courbe B-H relie ces observations et indique souvent la direction à suivre pour approfondir l'analyse.
Pour un matériau linéaire simple :
mu = B / H
où :
L'acier électrique n'est pas linéaire. Sa perméabilité varie en fonction de la densité de flux, de la fréquence, de l'orientation du matériau, de la contrainte, de la température et de l'historique magnétique. Il ne suffit pas d'indiquer une seule valeur de perméabilité sans préciser ces conditions.
mu_r = mu / mu_0
Cela permet de comparer le matériau à l'espace libre.
mu_a = B_crête / H_crête
Cette méthode est généralement utile pour le fonctionnement en courant alternatif. Le résultat doit inclure la fréquence d'essai et la densité de flux maximale.
mu_d = dB / dH
Cela correspond à la pente locale de la courbe de magnétisation. Elle varie le long de la courbe et diminue à mesure que le matériau s'approche de la saturation.
La perméabilité incrémentielle est obtenue à partir d'une faible excursion magnétique autour d'un point de fonctionnement en courant continu. Elle est pertinente lorsqu'un noyau magnétique transporte à la fois une ondulation de courant alternatif et une polarisation en courant continu.
Un échantillon en feuille peut être utilisé pour étudier le matériau lui-même. Un empilement stratifié fini comprend des joints, des interstices, des éléments de fixation, des contraintes de serrage et une géométrie.
La valeur obtenue à partir d'un noyau fini est donc souvent une perméabilité effective du circuit magnétique complet. Elle ne doit pas être présentée comme la perméabilité intrinsèque de l'acier électrique.
Cette formulation permet d'éviter les comparaisons trompeuses.
Lorsque l'état magnétique d'un empilement de tôles s'inverse à plusieurs reprises, une partie de l'énergie fournie est transformée en chaleur. La perte d'énergie par unité de volume au cours d'un cycle complet est représentée par l'aire à l'intérieur de la courbe B-H.
La perte de puissance volumétrique peut s'écrire comme suit :
P_v = f * intégrale(H dB)
où :
La perte spécifique du noyau est généralement exprimée en W/kg :
P_s = P_v / ρ
où ρ est la densité du matériau.
On considère généralement que la perte dans le noyau résulte de la combinaison des éléments suivants :
P_core = P_h + P_e + P_ex
où :
Ces composantes sont utiles pour l'analyse, mais elles ne doivent pas être considérées comme trois valeurs mesurées directement. Pour les distinguer, il faut effectuer des mesures sur une gamme de fréquences et de niveaux de densité de flux appropriée, puis appliquer un modèle de perte bien défini.
En matière de contrôle qualité de la production, la perte totale au point de fonctionnement prévu constitue souvent le critère d'acceptation le plus fiable.
La densité de flux est calculée à partir de la tension induite dans l'enroulement de détection :
B(t) = [1 / (N_2 A_e)] intégrale(v_2(t) dt)
où :
Une tension induite sinusoïdale produit une forme d'onde de densité de flux approximativement sinusoïdale. Le courant d'excitation n'a pas besoin de rester sinusoïdal. À l'approche de la saturation, il subit souvent une forte distorsion.
On passe facilement à côté de cette distinction.
Deux laboratoires peuvent tester le même empilement de tôles à la même fréquence et à la même densité de flux nominale, mais obtenir des pertes différentes si l'un contrôle la forme d'onde du courant et l'autre celle de la tension induite.
Chaque rapport doit préciser ce qui a fait l'objet d'un contrôle.
Une boucle B-H doit être considérée comme une donnée de mesure, et non comme une simple courbe graphique.
Le champ coercitif, H_c, est le champ inverse nécessaire pour ramener B à zéro.
Une augmentation du champ coercitif peut indiquer que le mouvement des domaines magnétiques est devenu plus difficile. Les contraintes de coupe, la déformation plastique, les contraintes résiduelles et les zones affectées thermiquement en sont des causes possibles.
La densité de flux rémanente, B_r, correspond à la densité de flux qui subsiste lorsque le champ appliqué revient à zéro.
Cela dépend du matériau, de l'excitation maximale, de l'historique magnétique et du fait que l'échantillon ait atteint ou non un état cyclique stable.
La surface de la boucle correspond à la perte d'énergie par unité de volume et par cycle. À densité de flux maximale et fréquence identiques, une surface de boucle plus grande implique une perte d'énergie magnétique plus importante.
La pente est liée à la perméabilité. Une pente réduite peut indiquer des dommages dus aux contraintes, des joints défectueux, la présence d'interstices d'air indésirables ou une orientation incorrecte des matériaux.
À l'approche de la saturation, une forte augmentation de H n'entraîne qu'une faible augmentation de B. Le courant d'excitation augmente alors rapidement.
Effectuer des essais uniquement à faible densité de flux peut masquer ce comportement. Effectuer des essais uniquement à proximité de la saturation peut masquer les dommages liés à la perméabilité à faible champ. Il est préférable de tester à plusieurs points de fonctionnement.
Une boucle décalée ou asymétrique peut être due à :
Inversez les connexions de l'échantillon ou du système de mesure, puis répétez l'essai. Si l'asymétrie se déplace avec le système de mesure, il se peut que le problème ne vienne pas du matériau.
Utilisez des échantillons sous forme de bandes ou de feuilles individuelles pour vérifier l'acier électrique de base.
Ce niveau convient aux :
Il ne reproduit pas le processus de production final.
Un échantillon de témoin traité doit utiliser les mêmes :
Les empilements de témoins en forme d'anneau sont utiles car ils offrent un circuit magnétique en grande partie fermé. Ils permettent d'isoler les défauts de fabrication sans nécessiter les assemblages complexes d'un composant complet.
Tester l'ensemble du paquet de stator, ensemble de rotors, le noyau d'un transformateur ou un composant magnétique assemblé, lorsque la géométrie finale influe sur les performances.
Les essais sur le noyau fini permettent de vérifier :
Une chaîne de vérification pratique se présente comme suit :
Feuille entrante → Pile de témoins traitée → Noyau fini
Le moment où les performances changent permet d'identifier le processus en cause.
| Résultat du test | Cause possible | Vérification recommandée |
|---|---|---|
| La perte dans le noyau augmente, tandis que la perméabilité varie peu | Ponts de bavures, dommages au revêtement, courts-circuits interlaminaires | Vérifier l'orientation des bavures, la résistance des couches, les soudures et le contact entre les bords |
| La perméabilité diminue et le courant d'excitation augmente | Contraintes résiduelles, contraintes de serrage, jeux d'air, assemblages défectueux | Comparer l'état avant et après le montage ; réduire la pression d' serrage ou de fixation |
| Le champ coercitif augmente après le poinçonnage | Contrainte de cisaillement ou déformation plastique | Tester différents jeux d'outils et différents rapports bord/surface |
| Les pertes augmentent principalement aux fréquences les plus élevées | Circuits de courants de Foucault ou pertes dynamiques | Vérifier l'état de l'isolation et effectuer des tests sur plusieurs fréquences |
| Augmentation des pertes après le soudage | Chaleur, contraintes résiduelles, ponts conducteurs | Comparer le nombre, la position et la longueur des soudures, ainsi que l'apport thermique |
| La boucle devient asymétrique | Décalage en courant continu, erreur du capteur, magnétisation résiduelle | Inverser le câblage ou l'échantillon, puis répéter l'opération |
| Le noyau fini échoue alors que l'anneau témoin est accepté | Géométrie d'assemblage, jeu au niveau du joint, ajustement serré ou serrage | Inspecter l'ensemble du circuit magnétique et les contraintes de l'ensemble |
| Les résultats varient après la réinstallation de l'échantillon | Pression exercée par le dispositif de fixation ou sensibilité au positionnement | Définir le couple de serrage, l'alignement et la procédure d'installation des fixations |
Ce tableau constitue un point de départ pour le diagnostic, et non une preuve de la cause première. Vérifiez le mécanisme suspecté à l'aide d'une comparaison contrôlée.
Une légère erreur de phase entre les canaux de courant et de tension peut entraîner une erreur importante dans la mesure des pertes, en particulier lorsque les pertes magnétiques réelles sont faibles par rapport à la puissance apparente.
Parmi les autres erreurs courantes, on peut citer :
Une courbe B-H d'aspect régulier ne prouve pas que la mesure soit précise. L'étalonnage, la correction de l'asymétrie des canaux, les échantillons de référence et les contrôles de répétabilité restent essentiels.
Une spécification utile devrait définir davantage qu'une simple valeur maximale en W/kg.
Inclure :
La dégradation liée à la fabrication peut être suivie à l'aide des éléments suivants :
Augmentation des pertes (%) = [(P_traité – P_feuille) / P_feuille] * 100
Ce pourcentage doit être associé à une limite de perte absolue. Une légère augmentation en pourcentage n'est pas acceptable si le matériau de départ se situe déjà près de la limite de conception.
Pour obtenir une étude technique ou un devis pertinent, veuillez fournir :
Ces informations permettent d'examiner conjointement les exigences de fabrication et les exigences magnétiques. Une méthode d'empilement peu coûteuse peut ne plus l'être si elle entraîne une augmentation des pertes, de la chaleur, du bruit ou du courant d'excitation dans le produit fini.
Recourez à des essais sur tôle pour les matériaux entrants, à un anneau traité ou à un empilement témoin pour le contrôle de fabrication, et à des essais sur noyau fini pour évaluer les effets liés à l'assemblage. Le choix de la méthode appropriée dépend de ce que vous souhaitez évaluer : le matériau, le processus de production ou le composant fini.
Le certificat porte généralement sur des échantillons de tôles contrôlés. Une pile finie peut présenter des contraintes de découpe, des bavures, des dommages au revêtement, des soudures, des emboîtements, des serre-joints, des joints et des variations dimensionnelles. N'importe lequel de ces éléments peut augmenter la perte mesurée.
Oui. La perméabilité d'amplitude, différentielle et incrémentale peut être calculée à partir de données B–H appropriées. La définition choisie, la fréquence, la densité de flux et le point de fonctionnement magnétique doivent être indiqués.
Toutes les bavures visibles n'entraînent pas nécessairement une augmentation mesurable des pertes. Le risque le plus important est celui d'une bavure ou d'un revêtement endommagé qui forme un chemin conducteur traversant plusieurs couches. La pression de contact, l'orientation de la bavure et la méthode d'assemblage ont une incidence sur le résultat.
Le découpage peut entraîner une déformation plastique et des contraintes résiduelles à proximité du bord de découpe. Cela peut réduire la perméabilité, augmenter le champ coercitif, faire augmenter le courant d'excitation et accroître les pertes dans le noyau. Cet effet est d'autant plus marqué que le rapport entre la longueur du bord de découpe et la surface totale du composant est élevé.
C'est possible. Le soudage peut générer des contraintes résiduelles, créer des zones affectées thermiquement, endommager l'isolation et établir une connexion électrique entre les couches. Le résultat dépend de la position des soudures, de leur nombre, de leur longueur, de l'apport de chaleur et de la géométrie de l'empilement.
Ces données constituent une référence utile, mais elles ne reflètent pas l'ensemble des pertes générées par les harmoniques des onduleurs. Les essais doivent inclure des fréquences et des formes d'onde représentatives lorsque l'excitation à haute fréquence contribue de manière significative à l'échauffement.
Utilisez les watts par kilogramme pour comparer les matériaux et les procédés. Utilisez la puissance totale en watts pour évaluer la chaleur générée par l'ensemble du noyau. Pour les empilements de stratifiés finis, il est souvent utile d'indiquer ces deux valeurs.
Utilisez suffisamment de points pour couvrir la plage de fonctionnement prévue et l'approche de la saturation. Un seul point mesuré à faible champ peut ne pas permettre de détecter le comportement à la saturation. Un seul point mesuré à champ élevé peut masquer une dégradation de la perméabilité à faible champ.
Les essais magnétiques sur les empilements de laminés ne devraient pas se limiter à vérifier si l'acier électrique était conforme à la réception.
Cela devrait montrer ce qui s'est passé après la découpe. Après l'empilage. Après l'assemblage et le montage final.
Les essais de perméabilité permettent de mesurer la facilité avec laquelle le paquet de tôles magnétiques conduit le flux. Les essais de pertes dans le noyau permettent de mesurer l'énergie convertie en chaleur. La courbe B-H montre l'évolution de l'état magnétique tout au long du cycle.
Considérées dans leur ensemble, ces mesures permettent de distinguer un problème lié au matériau d'un problème de fabrication — et un problème de fabrication d'un problème d'assemblage.
Si vous développez un empilement de laminés sur mesure, veuillez préparer les informations suivantes avant de demander une expertise technique : la nuance du matériau, l’épaisseur des tôles, le schéma de l’empilement, la fréquence de fonctionnement, la densité de flux cible, la méthode d’assemblage et le niveau d’inspection requis. Ces informations permettent d’évaluer la faisabilité de la fabrication et les performances magnétiques comme un seul et même problème d’ingénierie.
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.
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