Calculs électriques

Electrical design

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.

Pour le développement de nouvelles machines il est nécessaire de calculer le champ magnétique grâce à la méthode des éléments-finis. Pour la conception d’un long moteur électrique, ces calculs peuvent être effectués en 2D; E-Cooling a une bonne expérience avec le logiciel 2D-FEMM. Pour une analyse plus détaillée les calculs doivent être effectués en 3D à l’aide d’un logiciel commercial.

 
     Champ magnétique pour un moteur assynchrone
     (© Institut pour l'énergie et l'automatisation, 'université technique de Berlin)

Localization of the losses

Les pertes dans une machine électrique sont catégorisées en pertes Joule du cuivre, pertes fer du circuit magnétique et pertes mécaniques (ventilation et palier). Les pertes du cuivre sont les plus importantes. 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.

Il est recommandé d’effectuer des calculs d’éléments finis en 2D pour plusieurs sections et d'utliser les résultats comme données d'entrée pour un calcul thermique. Si cela n’est pas disponible, les pertes supplémentaires peuvent être localisées grâce à des formules librement disponibles.

 
  Distribution de la densité de flux pour une machine à poles lisses

Couplage du calcul électromagnétique avec le calcul d’écoulement

Les logiciels commerciaux font beaucoup de promotion pour la multiphysique, est-ce vraiment indispensable? Les pertes fer ne dépendent quasiment pas de la température, seules les pertes cuivre dépendent de la température du fait de l’augmentation de la résistance avec la température. Les pertes doivent être calculés si disponible avec des valeurs mesurées; autrement la température initiale est supposée. Si le calcul des températures montre des valeurs différentes, alors on peut recalculer avec la calculatrice la résistance et les pertes cuivre. Après cela le calcul thermique doit être recommencer.
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