Caractérisation de composants magnétiques et diélectriques pour les machines électriques tournantes très haute température

Characterization of magnetic and dielectric components for the very high temperature rotating electrical machines.

• Auteur / Autrice : Mohamed Lamine Ababsa
• Direction : Gabriel Vélu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Mazaleyrat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gabriel Vélu, Frédéric Mazaleyrat, Marie-Ange Raulet, Jean-Pascal Cambronne, Rachid Ibtiouen, Olivier Ninet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Ange Raulet, Jean-Pascal Cambronne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissipation d'énergie

Hystérésis, Cycle d'

Dispositifs électromagnétiques

Effets des hautes températures

Machines tournantes

Mots clés libres

Cadre Epstein

Haute température

Tôle ferromagnétique

Cycle d'hystérésis

Equation de pertes magnétiques

Isolation

Conducteur

Epstein frame

High temperature

Ferromagnetic sheet

Hysteresis cycle

Magnetic loss equation

Insulation

Conductor

Résumé

Dans ce travail de thèse, nous avons effectué des mesures de caractérisations magnétiques (cycles d’hystérésis, pertes, H_c…) à très haute température jusqu’à 600 °C, à l’aide d’un dispositif de caractérisation adapté à ces conditions extrêmes qui est un cadre Epstein que nous avons élaboré et réalisé. Sa validation a pu être vérifiée avec un cadre normalisé à température ambiante. Les mesures sont faites sur les deux types de tôles ferromagnétiques les plus utilisées : FeSi GO et NO. Les résultats montrent une réduction avec la température des pertes fer et des différents paramètres qui définissent le cycle d’hystérésis et dévoilent une similarité qui existe entre l’évolution du champ coercitif et les pertes par cycle. Par la suite, nous avons décrit les pertes et le champ coercitif en fonction de la température et la fréquence par des équations empiriques linéaires dans le cas de matériaux saturés et par une extension de l’équation de Bertotti à haute température via une identification de ses paramètres dans le cas des matériaux non saturés. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé l’isolation d’un conducteur destiné à être utilisé à haute température constitué par un fil guipé mica d’origine inorganique, en mesurant la tension des décharges partielles et de claquage. À partir de ces résultats, nous avons montré que l’inhomogénéité de cette isolation le long du conducteur provoque des décharges destructives sans l’apparition de décharge partielle. Ce type de fils est constitué d’une âme en cuivre entourée par une fine couche de nickel, l’influence de cette dernière a été magnétiquement caractérisée au cours de notre travail. L’ensemble de ces études confirment l’importance de la prise en compte des effets de la température élevée et répond aux besoins croissants d’améliorer l’efficacité énergétique dans les différentes utilisations du génie électrique.

In this thesis work, we carried out a magnetic characterization measurements (hysteresis cycles, losses, H_c...) at very high temperatures up to 600 °C, using a characterization device adapted to these extremes conditions which is an Epstein frame that we have developed and implemented. Its validation is verified with a standard frame at ambient temperature. The measurements are performed by two types of ferromagnetic sheets mostly used: FeSi GO and NO. The results show a decrease with temperature in iron losses and different parameters which define the hysteresis cycle, and expose a similarity between the variation of coercive field and the losses per cycle. Subsequently, we described the losses and the coercive field as a function of temperature and frequency. That is done by a linear empirical equations in case of saturated materials and by an extension at high temperature of the Bertotti equation via an identification of its parameters in case of unsaturated materials. In a second phase, by measuring the voltage of partial discharge and of the electrical breakdown we characterized the insulation of a conductor intended to be used at a high temperature covered by mica; this later has an inorganic origin. These results show that the inhomogeneity of this insulation along of the conductor causes destructive discharges without appearance of partial discharges. This kind of wire consists of copper surrounded by a thin nickel layer and this later has been characterized magnetically during our work.