Temperature dependent extension of a hysteresis model

International audienceSome soft magnetic materials (like ferrites but not only) are strongly dependent of the temperature. In order to predict their behaviour in electrical devices, engineers need hysteresis models able to take into account the temperature. This paper is an attempt to take into account the temperature in an existing model of hysteresis through its parameters. Variations of some parameters are issued from Weiss’s works and others have to be fitted numerically. Simulation results are compared to measurements and discussed

Pertes magnétiques des systèmes électromagnétiques : Circuit Magnétique Equivalent & Modèle LS

International audienceDans cet article, nous présentons une approche inédite permettant l'évaluation des pertes magnétiques à partir des formes d'ondes des inductions issues d'un circuit magnétique équivalent (CME) adaptatif non-linéaire par le modèle Loss Surface (LS). L'approche a été appliquée à une machine synchrone à flux radial et à aimants enterrés. Les résultats ont été comparés avec les calculs a posteriori opérés dans Flux2D. Une mention spéciale doit tout de même être faite sur le gain considérable en temps de calcul que pourrait apporter le CME par rapport aux Éléments Finis. L'influence du maillage du CME sur les pertes magnétiques ainsi que sur les performances électromagnétiques de la machine a été abordée. </p

Commande « sans modèle » pour l'asservissement numérique d'un banc de caractérisation magnétique

International audience Dans cet article, nous présentons une stratégie innovante d'asservissement numérique destinée à piloter un banc de caractérisation de matériaux magnétiques doux de type cadre Epstein. L'objectif est d'imposer la forme de l'induction magnétique quelle que soit l'excitation et le matériau. Compte- tenu du caractère non-linéaire des courbes d'aimantation des matériaux magnétiques, une commande originale de type « sans modèle » est considérée. Les propriétés dynamiques en boucle fermée permettent d'assurer une certaine robustesse vis-à-vis des modifications du point de fonctionnement associées essentiellement à la forme de l'hystérésis magnétique. Le fonctionnement et les performances de l'asservissement sont illustrés à la fois par des simulations basées sur le modèle d'hystérésis magnétique de Jiles-Atherton et expérimentalement.  </div

Caractérisation et modélisation du comportement thermomagnétique d'alliages FeNi pour le prototypage virtuel

The advent of Electrical Engineering has been accompanied since its beginning, by the research of high performance ferromagnetic materials for the realization of the central element of electromagnetic devices, the magnetic core/circuit. These materials initially consisting of iron were alloyed with silicon, cobalt and nickel for more energy efficiency. For a given device, the material must be designed to meet the requirements of the application (magnetic performances, mechanical and thermal characteristics...and cost. The frequency and the operating temperature are, among others, important parameters to be taken into account. Among these materials, the FeNi alloys, although they are industrially mature, see new markets opened to them thanks to their certain specific characteristics and the innovations brought by the manufacturers of these materials. This work is a continuation of ongoing researches in AMPERE laboratory dealing with thebehavioral models of magnetic materials taking into account the effects of temperature. Indeed, there is a trend in a growing number of electromagnetic devices to require high performance and compactness or integration. Thus, in this context, the magnetic circuits are subjected to physical and thermal stresses that are becoming more and more stringent. It is therefore necessary to resort to the experimental characterization and modeling of the behavior of ferromagnetic materials, particularly the FeNi alloys, in order to integrate them into the design and optimization tools of these devices. To do so, we have implemented an appropriate experimental bench, andachieve many and long experiments to develop advanced behavioral models of these materials. These models were then tested on a particularly sensitive application in the field of safety of persons, the differential protection system where the magnetic circuit (of Fe-50% Ni or Supra50) is a very important part of performance and reliability. Finally, new low Ni content FeNi (Cr, Cu) alloys provided by Aperam Research Center in Imphy, were studied in order to test their ability to replace the usual Supra50 alloy in these systems. The final aim is to propose new economic FeNi alloys suitable for the manufacture of the magnetic circuit of industrial ground fault circuit-breaker relay.L’avènement du Génie électrique, il y a plus d’un siècle maintenant, s’est accompagné dès ses débuts, de recherche de matériaux ferromagnétiques performants pour la réalisation de l’élément central des dispositifs électromagnétiques, le circuit ou noyau magnétique. Ces matériaux, constitués initialement de fer, ont été très vite alliés au silicium, au cobalt et au nickel pour plusd’efficacité énergétique. Pour un dispositif donné, le choix d’un tel ou tel matériau passe souvent par un exercice de compromis vis-à-vis des besoins applicatifs (performances magnétiques, caractéristiques mécaniques et thermiques, etc., et bien sûr coût). La fréquence et la température de fonctionnement sont entre autres des paramètres importants. Parmi ces matériaux, les FeNi, bien qu’ils soient matures industriellement, voient toujours de nouveaux marchés s’ouvrirent à eux année après année grâce à l’attrait technique qu’ils exercent. Ce travail s'inscrit dans la continuité des recherches engagées à AMPERE sur les modèles comportementaux de matériaux magnétiques avec prise en compte des effets de la température. En effet, la recherche permanente de performances et de compacité ou intégration pour tous les dispositifs électromagnétiques soumet les circuits magnétiques à des contraintes physiques et en particulier thermiques de plus en plus sévères. Il est donc nécessaire de caractériser et modéliserprécisément les matériaux ferromagnétiques, et plus particulièrement les alliages FeNi, afin de les intégrer dans les outils de conception et d’optimisation de ces dispositifs. Pour cela, nous avons notamment dû mettre en oeuvre un dispositif expérimental adapté, et réaliser de nombreuses et longues expérimentations afin d’élaborer des modèles performants de comportement de ces matériaux. Ces modèles étudiés ou/et développés ont été ensuite testés sur une démonstrateur réel. Dans le cadre de cette thèse qui s’est déroulée en collaboration avec le Centre de Recherche du groupe APERAM, nous avons choisi une application particulièrement sensible en matière de sécurité des personnes « le système de protection différentielle » où le circuit magnétique (en alliage Fe–50%Ni ou Supra50) constitue une part très importante des performances et de la fiabilité. Enfin, de nouveaux alliages FeNi(Cr, Cu) à faible teneur en Ni (donc économiques) issus du Centre de Recherche d’APERAM ont été étudiés en vue de tester leur aptitude à remplacer le Supra50 dans ces systèmes. Le but est au final de proposer des alliages FeNi économiques aptesà la fabrication du circuit magnétique des relais de disjoncteurs différentiels à propre courant

Characterization and modeling of the thermomagnetic behavior of FeNi alloys for virtual prototyping

L’avènement du Génie électrique, il y a plus d’un siècle maintenant, s’est accompagné dès ses débuts, de recherche de matériaux ferromagnétiques performants pour la réalisation de l’élément central des dispositifs électromagnétiques, le circuit ou noyau magnétique. Ces matériaux, constitués initialement de fer, ont été très vite alliés au silicium, au cobalt et au nickel pour plusd’efficacité énergétique. Pour un dispositif donné, le choix d’un tel ou tel matériau passe souvent par un exercice de compromis vis-à-vis des besoins applicatifs (performances magnétiques, caractéristiques mécaniques et thermiques, etc., et bien sûr coût). La fréquence et la température de fonctionnement sont entre autres des paramètres importants. Parmi ces matériaux, les FeNi, bien qu’ils soient matures industriellement, voient toujours de nouveaux marchés s’ouvrirent à eux année après année grâce à l’attrait technique qu’ils exercent. Ce travail s'inscrit dans la continuité des recherches engagées à AMPERE sur les modèles comportementaux de matériaux magnétiques avec prise en compte des effets de la température. En effet, la recherche permanente de performances et de compacité ou intégration pour tous les dispositifs électromagnétiques soumet les circuits magnétiques à des contraintes physiques et en particulier thermiques de plus en plus sévères. Il est donc nécessaire de caractériser et modéliserprécisément les matériaux ferromagnétiques, et plus particulièrement les alliages FeNi, afin de les intégrer dans les outils de conception et d’optimisation de ces dispositifs. Pour cela, nous avons notamment dû mettre en oeuvre un dispositif expérimental adapté, et réaliser de nombreuses et longues expérimentations afin d’élaborer des modèles performants de comportement de ces matériaux. Ces modèles étudiés ou/et développés ont été ensuite testés sur une démonstrateur réel. Dans le cadre de cette thèse qui s’est déroulée en collaboration avec le Centre de Recherche du groupe APERAM, nous avons choisi une application particulièrement sensible en matière de sécurité des personnes « le système de protection différentielle » où le circuit magnétique (en alliage Fe–50%Ni ou Supra50) constitue une part très importante des performances et de la fiabilité. Enfin, de nouveaux alliages FeNi(Cr, Cu) à faible teneur en Ni (donc économiques) issus du Centre de Recherche d’APERAM ont été étudiés en vue de tester leur aptitude à remplacer le Supra50 dans ces systèmes. Le but est au final de proposer des alliages FeNi économiques aptesà la fabrication du circuit magnétique des relais de disjoncteurs différentiels à propre courant.The advent of Electrical Engineering has been accompanied since its beginning, by the research of high performance ferromagnetic materials for the realization of the central element of electromagnetic devices, the magnetic core/circuit. These materials initially consisting of iron were alloyed with silicon, cobalt and nickel for more energy efficiency. For a given device, the material must be designed to meet the requirements of the application (magnetic performances, mechanical and thermal characteristics...and cost. The frequency and the operating temperature are, among others, important parameters to be taken into account. Among these materials, the FeNi alloys, although they are industrially mature, see new markets opened to them thanks to their certain specific characteristics and the innovations brought by the manufacturers of these materials. This work is a continuation of ongoing researches in AMPERE laboratory dealing with thebehavioral models of magnetic materials taking into account the effects of temperature. Indeed, there is a trend in a growing number of electromagnetic devices to require high performance and compactness or integration. Thus, in this context, the magnetic circuits are subjected to physical and thermal stresses that are becoming more and more stringent. It is therefore necessary to resort to the experimental characterization and modeling of the behavior of ferromagnetic materials, particularly the FeNi alloys, in order to integrate them into the design and optimization tools of these devices. To do so, we have implemented an appropriate experimental bench, andachieve many and long experiments to develop advanced behavioral models of these materials. These models were then tested on a particularly sensitive application in the field of safety of persons, the differential protection system where the magnetic circuit (of Fe-50% Ni or Supra50) is a very important part of performance and reliability. Finally, new low Ni content FeNi (Cr, Cu) alloys provided by Aperam Research Center in Imphy, were studied in order to test their ability to replace the usual Supra50 alloy in these systems. The final aim is to propose new economic FeNi alloys suitable for the manufacture of the magnetic circuit of industrial ground fault circuit-breaker relay

Interactions Mécaniques-Magnétiques des Aciers Électriques. Application au Poinçonnage des Circuits de Machines Haute Vitesse

International audienc

High Frequency Magnetic Characterization of SiFe and CoFe Sheets: Punching ImpactEvaluation and Modeling

International audienceMechanical punching of electrical steels causes a degradation of their magnetic characteristics,which can extend several millimeters from the edge. So, in the field of industrial applications,particularly that of small electrical machines, the stator core made of rigid and fine teeth would besubject to more losses. Thus, this topic of the effect of punching has to be submitted to further deepcharacterization and development in order to give some insight into the different mechanisms. Inthis framework, this paper evaluates the combined effect of punching and frequency on themagnetization curve and iron losses in thin SiFe and CoFe soft magnetic sheets. These alloys aretypically suitable for the manufacture of high-speed machines used in embedded applications(aircraft generators, automotive, etc). Two SiFe alloys and a CoFe alloy have been investigated.First, different rectangular core samples of variable width (15, 10, 5, 3 mm) have been industriallypunched. Then, a dedicated magnetic characterization has been made, using basically a mini-Epstein frame. Measurements have been performed from 50 Hz to 1∼1.5 kHz and from 0.3 T tonear saturation. Both rolling and transverse directions have been considered. Finally, a 1st attempt topredict the degradation due to the punching is presented. A useful description of the magneticpermeability as a function of B and f is given and the degradation parameters are estimated based onthe knowledge of the reference permeability

Thermal Behavior of Iron-Nickel-Chromium Alloys and Correlation with Magnetic and Physical Properties- Part A: Static Effects Modeling

International audienceMagnetic materials are required to perform in environmental conditions, which are becoming more and more stringent. Of the environments to be considered, temperature has the most deleterious effect on magnetic cores. For a better knowledge of the thermal behavior of ferromagnetic materials, it is expedient to resort to a temperature dependent behavioral model. In this paper, we propose a new temperature dependent model based on an extension of modified Weiss and Jiles-Atherton theories. The proposed model generates meaningful sets of J-A parameters versus temperature. Simulation results are compared to quasi-static measurements made on two iron-nickel-chromium soft magnetic alloys. Results are in good agreement