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Stochastic modeling of magnetic properties variability of soft magnetic materials : application on stators of electrical machines. Modélisation stochastique de la variabilité des propriétés magnétiques des matériaux ferromagnétiques : application sur des stators de machines électriques
Archive ouverte : Thèse
Edité par HAL CCSD
In the field of electrical engineering, many researches focused on studying the impact of manufacturing processes on the magnetic properties of soft magnetic materials. This impact results in a deterioration of the magnetic permeability, and increase of iron losses, mainly of hysteresis losses. However, it should be noticed that these studies are mostly purely quantitative, and works dealing with the modeling of these influences on behavioral law and losses are few. Moreover, the non repeatability of the manufacturing processes often induces variability in the magnetic materials properties. This phenomenon may be due to the ageing or the tools wear used on a production chain. The present work introduces a probabilistic approach to the study of the impact of manufacturing processes onto the magnetic properties of two groups of stator samples of electric machine. Both groups are made from the same electrical steel standard grade (M800-50A), have the same size and differ in their manufacturing process: stacked and enrolled lamination. The implementation of statistical tools allowed assessing that samples made from stacked laminations are magnetically more efficient. Furthermore, the variability of magnetic properties of samples made from enrolled laminations has been demonstrated. A stochastic model of the behavior law, iron losses and magnetic hysteresis, taking into account this variability was then developed, and validated using experimental data and statistical tests. . Dans le domaine du génie électrique, plusieurs travaux de recherche portent sur l'étude de l'impact des procédés de fabrication sur les propriétés magnétiques des matériaux ferromagnétiques. Cet impact se traduit par une détérioration de la perméabilité magnétique, et une augmentation des pertes, principalement des pertes par hystérésis. Il faut noter toutefois que ces études sont, pour la plupart, purement quantitatives et les travaux traitant de la modélisation des ces influences sur la loi de comportement et les pertes sont assez rares. En outre, la non répétabilité des procédés de fabrication induit souvent une variabilité sur les caractéristiques des matériaux magnétiques. Ce phénomène peut être attribué, entre autre, à un phénomène d'usure ou de vieillissement des différents outils utilisés sur la chaîne de fabrication. Le travail présenté propose une approche de type probabiliste, pour l'étude de l'impact des procédés de fabrication sur deux groupes d'échantillons de stators de machines électriques. Les deux groupes, fabriqués à partir de tôles de même grade (M800-50A), sont de mêmes dimensions et diffèrent par leur procédé de fabrication : le premier est issu d'un enroulement d'une bande de tôle poinçonnée et l'autre d'un empilement de tôles découpées au laser. La mise en œuvre des outils de la statistique a permis d'observer que les échantillons fabriqués à partir d'empilement de tôles sont plus performants magnétiquement. En outre, la variabilité des propriétés magnétiques des échantillons fabriqués à partir de tôles enroulées a été mise en évidence. Un modèle probabiliste de la loi de comportement, des pertes et de l'hystérésis magnétique, prenant en compte cette variabilité, a alors été développé. Ces modèles ont ensuite été validés à partir des données expérimentales et des tests statistiques.
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