Limites du dimensionnement du noyau magnétique dans les alternateurs hydrauliques

Le Groupe de Travail pense que la bonne compréhension des limites du dimensionnement du noyau magnétique requiert une bonne connaissance de la théorie des circuits magnétiques applicable aux alternateurs hydrauliques. C'est pour cette raison que la BT a été conçue comme une consolidation d'historique, de publications et de plusieurs livres.

Pour mener ces travaux plusieurs principes ont été suivis, concernant la documentation technique en général :

• La bibliographie doit relever du domaine ;
• Afficher une évolution transparente de la formulation dans l'ensemble du texte ;
• Un programme de calcul ne sera pas fourni dans la BT, ceci bien que l'ensemble de sa formulation ait été programmé et que les résultats en aient été complètement validés ;
• Dans une Annexe de la BT un modèle de benchmark est présenté, avec des résultats calculés, pour faciliter l'élaboration de routines sur mesure.

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Structure de la Brochure Technique

Après un exposé théorique détaillé sur les circuits magnétiques, sur les bases de la Figure 1, on présente au lecteur l'univers des flux de fuite magnétiques, dont l'approche est difficile à trouver dans les publications ou les livres traditionnels. Le concept des "tubes de flux de fuite", a été tiré d'une publication datant de 1903, comme montré sur la Figure 2. C'est une façon de confiner les divers flux de fuite magnétiques (tels que ϕσ_sh  et ϕσ_bd  dans la Figure 1) dans des tubes fictifs qui permettent de les quantifier.

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Une fois que le concept de coefficient de fuite du pôle est clairement défini, la procédure de calcul du courant d'excitation à vide est présentée. A partir de cela la théorie est étendue au calcul de la caractéristique de la machine à vide.

Comme la saturation est fortement dépendante des propriétés du matériau, on peut procéder à une analyse exhaustive de la nature réelle du matériau d'acier au silicium, pour établir "l'état de l'art" de ses propriétés, et revisiter le concept d'anisotropie. Comme illustré par la Figure 1 l'analyse démontre que l'acier au silicium à grains non orientés est de fait un acier isotrope dont l'impact dans le calcul du courant d'excitation peut permettre d'élucider certains écarts "inexplicables".

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De plus on débat de l'utilisation de l'acier au silicium à grains orientés. Un tableau, en présentant les plus et les moins pour différentes applications pratiques, est établi.

Comme on peut en juger sur la Figure 4, un index de saturation est proposé, qui est le produit des taux  pour deux points du courant d'excitation, l'un au-dessus de la ligne d'entrefer (I_f0 ) et l'autre au-dessus de courbe de saturation  tous deux à la tension à vide. La qualité première de l'index proposé tient au fait que ces deux points de courant d'excitation sont couramment communiqués dans les descriptions techniques des machines.

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Enfin, avec pour objectif de motiver d'encourager le lecteur à mettre en œuvre sa propre routine de calcul, on donne en annexe à la BT : 

1. Les données d'une machine de benchmark de référence ;
2. La densité du flux magnétique d'un pôle et les harmoniques de la série de Fourier ;
3. Les caractéristiques typiques des matériaux magnétiques du noyau ;
4. Les résultats attendus pour la machine benchmark de référence.

Conclusion

Le GT espère avoir contribué au développement d'une meilleure compréhension  du processus d'analyse du dimensionnement magnétique des machines synchrones à pôles saillants.