LOCALISATION COMPARATIVE DES PERTES DANS LE FER
DE MOTEURS ELECTRIQUES
TYPE N1/C
Dans certaines Nations, qui sont particulièrement sensibles à l’épargne énergétique, le normatives spécifiques imposent de communiquer avec une plaque, la performance du moteur. Même peu de watt d’épargne, multipliés par les millions de moteurs, peuvent gérer une épargne énergétique important.
Pour un moteur électrique, la performance est plus élevée quand les pertes de cuivre et fer sont réduites. Pour obtenir des résultats meilleurs entre la performance la plus élevée et l’économicité du produit, on doit contrôler l’entité et les causes de ces pertes.
C’est simple de vérifier les pertes dans le cuivre et donc adopter les corrections appropriées. Dans le fer, dans les paquets de tôle des stators et rotors, c’est plus compliqué, parce qu’elles sont causées par beaucoup de causes.
L’appareil que nous avons étudié et réalisé, permet un examen comparatif des pertes dans le fer des tôles des stators et rotors contre un paquet échantillon.
Les pertes magnétiques, dans une machines à courant alternée, sont formées par pertes pour hystérésis et pour courants parasites et ils sont approximativement proportionnés au carré de la densité de flux du circuit magnétique.
Le but d’améliorer l’efficacité des machines électriques, impose de maintenir les pertes au minimum. Pour satisfaire cette exigence, il est nécessaire de connaitre tous les facteurs qui influencent ces pertes. L’appareil N1/C permet de localiser le niveau des pertes magnétiques, sur les paquets de tôle des stators assemblés et enroulé, pendant les phases de production.
Les pertes magnétiques du tôle sont déclarées par le producteur et pour cette raison, facile à contrôler avec systèmes homologués selon les normatives spécifiques (ex. Giogo di Epstein), tandis que les pertes introduites, pendant le procès pour gérer le paquet des stators sont, sont nombreuses et moins faciles à localiser.
Ainsi, il est possible de localiser l’augmentation de pertes, à travers le contrôle contre un paquet de stator échantillon. Les pertes sont:
- Pertes du à cisaillage pour la rupture du système cristallin, qui compose la tôle.
- Pertes dues au court-circuit entre tôles pour la bavure gérée du cisaillage, surtout pour l’affutage réduite des moules.
- Pertes introduites par les systèmes suivants : agrafage, rivetage, soudage, boutonnage, etc.
- Isolement superficiel réduit des tôles, avec augmentation des courants parasites inter-tôles.
- Contrôle de l’efficacité du traitement thermique du paquet, pour faciliter l’orientement des cristaux et pour améliorer l’isolement inter-tôles.
La nouvelle version N1/C.14 avec un seul appareillage, permet de faire tous les tests de laboratoire et de production, après possible automation de la charge et décharge du stator.
La gamme de stators permis par l’appareillage standard est très élevée : d’un trou de minimum 50mm et max 250mm de diamètre externe et hauteur max de 200mm. Les appareillages spécifiques sont réalisables pour produits particuliers ou applications spécifiques.
(PHOTO NON -CONTRACTUELLE)
L’appareil peut localiser les pertes en watt, du paquet entier des stators avec différentes valeurs d’induction, et visualiser la courbe d’hystérésis pour évaluer le dégrée de saturation du paquet.
Pour contrôler la qualité des matériaux magnétiques utilisés, on a les tests de laboratoire spécifiques pour évaluer la quantité des pertes du fer, qui sont normalement causées par les pertes pour hystérésis magnétique et courant parasites.
Une des méthodes pour déterminer les mesures précédentes c’est le «Giogo di Epstein» : des échantillons de matériel magnétique sont préparés selon une procédure unifié de montage. Les temps de préparation sont ainsi longs et donc cette méthode n’est pas apte aux contrôles sur lignes de production. Dans ce cas, il est important d’avoir un système qui fournit les mesures nécessaires en temps réelle pour maintenir le contrôle qualitatif de la production.
Le premier besoin est celui d’utiliser, dans la phase de test, des échantillons prélevés de la ligne de production. Un autre besoin fondamental c’est de rendre le contrôle simple et pratique, donc la facilité d’accouplement électrique et mécanique avec systèmes de localisation de l’appareil en test.
Comme tous les systèmes de test et de contrôle, le système fournie en sortie une série de mesures pour faire une analyse de la pièce examinée. Quand la tolérance de production a été établie, utiliser le système pour contrôler le GO NO-GO.
Le système ne sera seulement limité au contrôle de la production, mais du laboratoire aussi. Pour cette raison, un système d’acquisition de la courbe d’hystérésis sera inséré, avec représentation graphique du cycle d’hystérésis du test en examen.
Ici, les principes théoriques du fonctionnement de la machine.
Un générateur de tension sinusoïdale stabilisé et réglables alimente un enroulement inducteur primaire. Un second enroulement (secondaire) aura 2 possibilités : utiliser la spire déjà insérée dans l’appareil (dans ce cas le système est plus rapide à connecter, surtout pour tests de production) ou enrouler un certain nombre de spires dans une cave (5 ou 10) pour avoir une meilleure précision (cette solution est choisie surtout pour mesures de laboratoire, pour les connecter aux bornes appropriés, placés dans le front de la machine)
Cet enroulement sera connecté à la prise sur le système de mesure pour la lecture de la tension secondaire induite, qui sera proportionnelle à la densité de flux dans le nucleus. Le résultat sera:
E = 2*P*f *F N /√2
Où:
f = fréquence du pulse de la tension d’alimentation
F = le flux
N = numéro de spires secondaires
La réalisation particulière de la partie électronique de contrôle permet l’utilisation pour laboratoire et petites productions.
Pour grandes productions, on doit réaliser un appareillage pneumatique, en fonction de l’application spécifique.
Donc, considéré la section transversale du paquet de tôle des stators, la densité du flux sera:
B = F/S B =( E */√2) / 2*P*f F *S
Considéré la valeur max d’induction du paquet des stators, le logiciel du système pourra déterminer exactement la valeur de tension secondaire et fournir la valeur nécessaire aux circuits de contrôle de la tension, pour obtenir la densité de flux demandée.
Un wattmètre électronique connecté, avec les circuits ampérométriques, sur l’alimentation primaire su système de test et les circuits volt métriques connectés à l’enroulement induit, fournira les mesures des pertes de fer.
Brièvement: Pw = E2* I1*cos(E2 ^ I1)
Considéré le rapport spires secondaire primaire, la relation précèdent devienne:
Pf =(N2/N1) *E1* I1*cos(E2 ^ I1)
Qui représente la potence transférée au nucleus et correspondante à la somme des pertes pour hystérésis et courant parasites.
A travers un système d’acquisition et digitalisation des données, le logiciel du système fournie une représentation graphique soi des valeurs de tension induite et la courant magnétisante, que de la courbe de magnétisation ou cycle d’hystérésis magnétique, après une élaboration d’intégration mathématique sur la forme d’onde de la tension induite. Ainsi, un instrument utile est fournie pour évaluer le dégrée de saturation magnétique du nucleus et, au même temps, avoir une quantification visuelle des pertes pour hystérésis magnétique.
Quand les mesures sur l’échantillon sont effectuées, on pourra mémoriser les conditions de réglage du système ; cela permettra de refaire le test avec échantillons différents, sans modifier les conditions d’énergie de la pièce en test et d’avoir une confrontation facile des mêmes types d’échantillons avec un échantillon master.
Cette possibilité nous permet d’utiliser le système dans la seconde modalité de travaille, pour l’utiliser surtout comme instrument de contrôle en production.
Ecran du test
La photo montre un écran typique du modèle N1/C.14.
La machine peut faire les tests en modalité semi-automatique et fournie les valeurs de tension, courant et flux, avec un ’indication graphique du cycle d’hystérésis.
La confrontation des données mesurées avec ceux réglées encore, permet d’évaluer la pièce en examen. Le réglage ne nécessite pas enroulement additionnels et aucune action sur le stator : ce dernier doit simplement être placé sur la machine et le borne fermé.
La machine applique courant (réglable manuellement à travers un générateur de tension variable, Variac) et elle mesure la valeur de courant générée, la tension sur le premier (le borne), la tension et la phase dynamique sur le second circuit.
Tous les calculs nécessaires sont réalisés par le logiciel de gestion ; le graphique à gauche indique les valeurs mesurées de tension, courant et tension induit.
A droite il y a la courbe d’hystérésis, définie en fonction des mesures réalisées.
Le graphique complet peut se auto réduire ou être zoomé manuellement.
En outre, il est possible d’archiver les résultats typiques pour ce stator : la machine est prête pour indiquer si l’échantillon est conforme ou pas aux résultats archivés.
La photo dessus indique un échantillon de stator de moyennes dimensions : en haute à gauche il y a les valeurs limite suivantes:
- Longueur et hautesse en mm
- Numéro de spires du secondaire. Important : la machine peut travailler avec le secondaire incorporé (une spire) ou jusqu’à 10 spires.
- Le B archivé et demandé
- TLa limite d’acceptabilité en pourcentage
- Les pertes acceptables (W)
Toujours en haute à gauche il y a les résultats:
- Du calcul de la section (cmq)
- De la valeur supposée de la tension induite
L’opérateur peut appliquer potence à l’échantillon, en rotant le contrôle du Variac jusqu’à faire coïncider la valeur de la tension induite (Vin) avec celle de la même supposée pré-calculée [V].
Si les valeurs du champ et de perte sont dans les limites d’acceptabilité, le GO s’allumer°, si non, il y aura un NO GO.
La photo montre le test d’un stator petit : H=75mm et L=15mm; il a été testé avec le secondaire incorporé (1 spire) et une induction de 1.3 weber/m2
La machine indique pertes totales dans le fer de 10,6 watts et une tension induite de 0,34 V: la courant de 62.15 A, @ 0,34 V porte à une induction de 1.3 weber/ m2 et à pertes de 10.6W.
N1/C.14 Réalisation électromécanique
La photo montre une pièce nouvelle : en ouvrant la fermeture à levier, il est possible d’insérer et enlever le DUT. Enroulement externes ne sont pas nécessaires; quand même, une autre utilisation est possible à travers un enroulement de max 10 spires, qui peuvent être connectées à bornes appropriés.
Pour conclure, nous voulons vous rappeler que notre système ne veut pas substituer les méthodes classiques pour déterminer les caractéristiques magnétiques des tôles pour les machines électriques. Le but est seulement celui de proposer un système, qui peut satisfaire les exigences des producteurs le machines électriques, avec la facilité d’une vérification qualitative en phase de production des semi-manufacturés. Ça veut signifier, maintenir sous control la qualité des matériaux magnétiques utilisés et surtout la qualité de la pièce finie, en évaluant l’exactitude des phases d’usinage du produit. Grace aussi à la facilité et rapidité de ce contrôle, l’utilisation du système N1/C.14 donnera une contribution pour élever les standards qualitatifs de production et obtenir en épargne considérable d’énergie électrique.