Academic literature on the topic 'Grains-Orientés'

Étude de la couche d'oxyde qui se forme au cours du traitement de décarburation des tôles magnétiques à grains orientés (Fe + 3% Si) et qui leur apporte une protection efficace contre la corrosion et l'isolation électrique indispensable à leur utilisation dans des circuits empilés ou roulés.

L'élaboration de revêtements pour tôles magnétiques par le procédé Sol-Gel à partir des alcoxysilanes conduit, après réactions d'hydrolyse et de condensation, à la formation de réseaux siloxanes particulièrement stables chimiquement et thermiquement. Dans le cas des tôles magnétiques à grains orientés, le revêtement doit être purement minéral. Le séchage d'un préhydrolysat à base de tétraéthoxysilane TEOS permet la formation d'un xérogel de silice présentant une isolation électrique insuffisante. Plusieurs traitements à haute température sous air, sous atmosphère N2/H2 et sous atmosphère N2, du xérogel sont étudiés, mais la fissuration irrémédiable du revêtement de silice en rend l'utilisation impossible. Dans le cas des tôles magnétiques à grains non orientés, le revêtement doit être organo-minéral afin de posséder des propriétés d'adhérence accrues. Le dépôt d'un revêtement polyméthylsiloxane est réalisé, mais son adhérence n'est pas satisfaisante. L'adhérence de ce vernis est améliorée par addition de polymères organiques (acide polyacrylique ou polyvinylpyrrolidone). L'analyse du revêtement par spectrophotométrie IRTF montre la présence majoritaire de radicaux organiques à la surface du film. Cette technique permet en outre d'effectuer un suivi de polymérisation. L'addition de particules de silice pyrogénée augmente la rugosité, l'isolation électrique et la dureté du vernis. Le mode opératoire d'un traitement thermique en deux étapes permettant la transformation du dépôt organo-minéral en silice amorphe non fissurée est mis au point. Les paramètres de ce traitement (vitesse de chauffe, température et durée de paliers, atmosphère de traitement thermique) sont optimisés.

Depuis leur fabrication jusqu'a leur utilisation dans des dispositifs électrotechniques, les tôles ferromagnétiques sont soumises a de nombreuses déformations élastiques et plastiques. Le présent travail porte sur l'étude des phénomènes magnetomecaniques des matériaux les plus utilises dans le génie électrique, les tôles fer silicium a grains non orientes. Un dispositif expérimental a été mis au point et permet la caractérisation magnétique des matériaux sous sollicitation mécanique. Ainsi, le matériau est soumis a une contrainte homogène de traction élastique, appliquée dans sa direction de laminage. Parallèlement, un dispositif d'excitation magnétique bi axial impose, dans la tôle, une induction de direction fixe par rapport a l'axe de la contrainte, mais réglable, a discrétion, par le manipulateur. Une méthode numérique de contrôle asservit l'induction a une forme d'onde sinusoidale. Un réseau de caractéristiques magnétiques a donc pu être obtenu, pour différentes directions d'induction, comprises entre 0 et 90 par rapport a l'axe de laminage, et pour plusieurs valeurs de contrainte de traction appliquée. La variété des évolutions observées, en fonction de l'angle entre l'induction dans la tôle et la contrainte, trouvera un début d'explication dans la tentative d'analyse d'un comportement microscopique très complexe. L'intégration de la contrainte au modèle de pertes magnétiques développe par g. Bertotti sera, par ailleurs, étudie.

Le travail présenté porte sur la définition et le développement d’un circuit magnétique pour moteurs à haut rendement de faible et moyenne puissances. Il est réalisé avec des tôles à Grains Orientés (GO) non-segmentées. Des expérimentations réalisées en champ unidirectionnel, destinées à comparer les caractéristiques globales de la structure GO à celles obtenues sur un assemblage classique composé de tôles à grains Non-Orientés (NO), permettent de conclure quant à l’efficacité de l’association proposée en termes de pertes fer. Des investigations au niveau local, accompagnées d’une modélisation numérique, conduisent à une analyse de la répartition interne du flux magnétique dans la structure, permettant de l’optimiser. Cette technique d’assemblage est ensuite testée en champ tournant sur des moteurs statiques. Les performances obtenues, sont de nouveau comparées à celles relevées sur une maquette NO. L’étape finale consiste à tester le principe développé sur des moteurs à induction réalisés avec la configuration GO. Diverses caractéristiques sont relevées ou estimées (norme CEI) et comparées à celles de la machine NO d’origine. L’efficacité de la structure GOse traduit par une réduction notable des pertes fer, notamment statiques, conduisant à accroître sensiblement le rendement global de la machine
The work presented is focused on the design and development of a magnetic circuit for high efficiency motors of medium and small powers. It is built with non-segmented laminations of Grain Oriented (GO) steel. Experimentations on magnetic circuits excited under unidirectional magnetic field are performed. Such tests aim the comparison of the GO structure global characteristics with those of a classic one composed of Non-Oriented (NO) steel, allowing seeing the superiority of the GO structure in terms of iron losses. Local experimentations, followed by a numerical model, allow the analysis of the local distribution of the magnetic flux within the structure, leading to its optimisation. Such technique of assembly is then tested under rotational magnetic field. In that context, several experimentations are performed and its performance is compared with the one of a NO prototype. The final stage consists in testing the developed structure in induction motors built withthis GO assembly. Several characteristics are measured or estimated (IEC standard) and compared with those obtained on the initial NO motor. The GO structure efficiency leads to a remarkable reduction of the static losses, allowing the increase of the global efficiency of the motor

L’amélioration énergétique des machines électriques est un sujet de plus en plus important,avec dans la décennie à venir, l’utilisation massive de machines électriques pourles transports. Au niveau des industries, les moteurs électriques sont responsables d’environ67% de la consommation de l’énergie électrique. Ce travail de thèse s’inscrit dansl’optique de l’amélioration énergétique des machines asynchrones qui sont prépondérantesdans le milieu industriel. Le travail présenté porte sur l’utilisation de deux technologiespour augmenter le rendement avec l’utilisation combiné d’un circuit magnétique à basede tôles grains orientés (GO) et de la technologie d’une cage d’écureuil en cuivre injectésous pression. En effet, l’utilisation d’un acier plus performant comparativementaux aciers classiquement utilisés permet une réduction des pertes fer. Le remplacementde l’aluminium injecté, qui est classiquement utilisé dans la fabrication des cages d’écureuils,par du cuivre permet une réduction importante des pertes Joule au rotor. Dans unpremier temps, l’impact du processus de l’injection du cuivre en fusion sur les propriétésmagnétiques des tôles GO a été déterminé. Le processus a tout d’abord été étudié pardes simulations numériques 2D et 3D afin de déterminer les températures au niveau del’acier magnétique. Ces températures ont été appliquées sur des bandes d’Epstein pourdéterminer l’influence de celles-ci sur les propriétés magnétiques. Dans un second temps,l’utilisation des tôles GO en champ tournant a été étudiée par une méthode expérimentaleet par une modélisation numérique afin de comprendre la complexité du trajet duflux magnétique dans une telle structure de circuit magnétique. L’utilisation de cettetechnologie a permis d’obtenir un gain non négligeable en termes de pertes notammentsur les pertes fer. Dans la dernière partie, différents prototypes de machines asynchronesont été testés afin d’apprécier l’apport de ces deux technologies permettant d’apprécierun gain important en termes d’efficacité énergétique grâce à une procédure expérimentale
Definition of high efficiency induction machine using die casting copper squirrel cageand grain oriented steel laminations Nowadays, increasing the efficiency of electrical motorshas become a priority in order to reduce electricity consumption. This thesis dealswith the study of an induction machine composed of a copper squirrel cage realized byhigh pressure die casting and a magnetic circuit made of grain oriented electrical steel(GO) in order to decrease Joule losses and core losses. In the first part, the impact ofthermal shock induced by the die casting copper process on the GO electrical steel wasstudied in order to validate the use of GO in rotor magnetic circuit. The temperatureoccurs during this kind of process has been modeled by 2D and 3D models. An experimentalprocess was realized on the standardize samples in order to make a comparisonwith and without annealing in terms of magnetic properties. In the second part, the newassembly method of magnetic circuit with GO electrical steel has been studied in orderto increase the benefits of use of GO steel in AC machines. The last part, a comparisonbetween several configurations of magnetic circuit in induction machine was realized inorder to confirm the gain of die casting copper rotor with GO electrical steel and GOstator magnetic circuit

La déformation plastique qui accompagne la mise en forme des toles ferromagnetiques dans les machines electriques est a l'origine d'une importante augmentation des pertes d'energie. Les mecanismes qui expliquent cette degradation restent cependant mal connus. Le travail presente se propose d'apporter un element d'explication prenant en compte l'influence des contraintes internes, developpees lors de la deformation plastique en traction uniaxiale d'un alliage de fer-silicium a grains non orientes. L'analyse du comportement mecanique et metallurgique de l'alliage, la mise en evidence des contraintes internes ainsi que leurs caracteristiques et origine font l'objet d'une partie importante de ce travail associant essais mecaniques de differentes natures, microscopie optique et electronique en transmission, et modelisation du comportement. Les premiers stades de la deformation plastique s'accompagnent de la generation d'une importante contrainte interne intergranulaire. A plus forte deformation, une contrainte interne transgranulaire apparait liee a la formation de structures heterogenes de dislocations (amas puis murs et cellules). Nous etudions ensuite l'influence de la deformation plastique et des contraintes internes sur le comportement magnetique grace a un dispositif original de mesures magnetiques. Il nous permet de mesurer le comportement magnetique dans la direction de la sollicitation mecanique ainsi que dans la direction perpendiculaire (a l'etat decharge). La degradation du comportement magnetique apparait des le debut de la plasticite mais est moins importante lorsque sollicitation mecanique puis mesures magnetiques sont effectuees perpendiculairement l'une par rapport aux autres (formation d'une anisotropie magnetoplastique). A partir de donnees bibliographiques traitant du comportement magnetostrictif macroscopique de l'alliage, nous parvenons a relier l'evolution du comportement magnetique avec celui des contraintes internes et proposons une explication de l'anisotropie magnetoplastique. Les contraintes internes rendent compte a la fois de l'effet magnetostrictif des champs de deformation elastique et de celui d'ancrage des parois magnetiques lie a la variation locale de l'energie potentielle elastique.

Dans cette thèse, nous travaillons sur les questions d'existence, puis d'absence de percolation de graphes orientés stationnaires dans l'espace euclidien. Les sommets de ces graphes sont distribués par un processus ponctuel de Poisson, et chaque sommet est connecté vers un unique autre sommet par une arête orientée. On parle alors de graphe orienté 'outdegree-one'. La règle permettant de construire l'ensemble des arêtes définie le graphe. Le premier résultat de la thèse fournit une condition suffisante pour qu'un graphe ne contienne pas de composantes connexes infinies. Un corollaire important de ce premier résultat affirme que le graphe orienté défini par une dynamique de segments grandissants décrites par D. Daley, G. Last et S. Ebert ne percole pas. Ce modèle défini à partir de segments poussant à vitesse constante dans le plan est un exemple de dynamique germes grains. Le second chapitre de la thèse propose une définition générale du modèle germes grains dans le plan et donne une condition suffisante pour qu'un modèle germes grains fixé puisse se caractériser par un graphe orienté "outdegree-one". Ce dernier résultat nous permet d'assurer l'existence de plusieurs graphe géométrique tout à fait naturel est riche en application. Le dernier résultat de la thèse consiste en l'absence de percolation d'une dynamique de segment grandissant qui généralise le modèle préalablement cité et dont l'existence découle de notre précédent résultat
In this thesis, we investigate the existence and the absence of percolation for a large family of random graphs. We precisely study the oriented outdegree-one graphs based on a Poisson point process in $\mathbf{R}^{d}$. On the random pattern of points, each vertex is connected to its unique "neighbour" according to a fixed connection rule. This rule is translation-invariant and could also include a random part. Many natural simple dynamics can be described by an outdegree-one graph: the classical walk to the nearest neighbour on the graph defined by the hard sphere Lilypond model, etc.The first result of the thesis establishes sufficient conditions which guarantee the almost sure absence of infinite connected component in the graph. Precisely, each Poisson outdegree-one graph satisfying two precise assumptions does not percolate. The proof uses the mass transport principle, and an important result of stochastic domination. The most important corollary of this theorem is the absence of percolation of the line segment model with unit speed which has been conjectured in 2014 by D. Daley, S. Ebert and G. Last.The line segment model with random speed is well defined (as a stopped germs grains model) if the random velocity has an order $4$ moment. In the last chapter, we proved that the existence of an order $s$ exponential moment (with $s>1$) ensures the almost sure absence of percolation of the configuration of stopped segments. One of the key point of this result is the existence of a sufficiently small time $\mathbf{T}$ such that, before the time $\mathbf{T}$, any quick segments grows inside a boolean model which does not percolate. This argument should be used for different kinds of germs grains dynamics

Cette étude, sur la formation de la texture de GOSS par croissance anormale, est une contribution dans la compréhension des mécanismes susceptibles d'Intervenir en recristallisation secondaire. La formation de la texture de GOSS dans les tôles de type HI-B (à haute perméabilité magnétique) ne semble pas obéir aux lots classiques de la recristallisation: les grains qui croissent de façon exagérée ne possèdent pas une taille supérieure à la moyenne dans la matrice, hypothèse généralement admise dans les modèles de croissance. L'avantage "taille" n'étant pas une condition nécessaire au déclenchement de la recristallisation secondaire, il apparaît alors que la croissance exagérée des grains d'orientation {110}<001>, aux dépens des autres orientations présentes, soit due à un comportement particulier des joints qui les entourent. Ce comportement est caractérisé par deux aspects: cristallographique (texture - caractéristiques des joints de grains) et chimique (rôle des inhibiteurs). La présence majoritaire de la composante de texture {111} <112> assure aux grains de GOSS, minoritaires, l'existence d'un pourcentage de joints de type C. S. L. Plus élevé que la moyenne dans la matrice: ceux-ci sont moins freinés que les joints généraux par les inhibiteurs, car ils correspondent à des minima d'énergie. La croissance préférentielle des grains de GOSS, au cours des premières étapes de la recristallisation secondaire, est donc liée à l'existence d'un voisinage favorable. La caractérisation du voisinage cristallographique autour d'une composante {hkl} permet alors d’établir des prévisions sur le comportement des joints de grains en migration, en présence d'une seconde phase dans la matrice. La détermination des régions, dans l'espace des orientations, potentiellement favorables à la croissance des grains d'orientation {110}<001>, permet de définir la matrice la plus adéquate pour la formation de la texture de GOSS. Par ailleurs, après dissolution des précipités, la purification de la matrice, sous l'action de l'atmosphère réductrice H2, permet d'éviter les hétérogénéités de texture,néfastes pour les propriétés magnétiques, dans la matrice finale.

La technologie laser pulsé est l'une des solutions d'optimisation des propriétés électromagnétiques de certains aciers électriques. Cependant, son application industrielle pour différents alliages, différentes épaisseurs ou applications reste limitée. Par ailleurs, l'impact déterministe de cette technique sur la structure magnétique d'un matériau et sur ses performances nécessite des recherches approfondies. De plus, la technique d'ablation laser à impulsions ultra-courtes reste méconnue pour les aciers électriques. Elle représente cependant un potentiel important en terme de procédé reproductible et résilient aux élévations de température. L'objectif général de la thèse est d'étudier l'influence des traitements de surface par laser impulsionnel sur les propriétés magnétiques des aciers électriques de type Fer Silicium à Grains-Orientés afin d'améliorer leurs performances. Il est tout d'abord proposé une classification des différents procédés laser en fonction de la durée d'impulsion, de sa fréquence de répétition, de son intensité et de sa fluence. Trois familles de procédés sont retenues : l'irradiation, la gravure ou "scribing" et l'ablation. Une attention particulière sera portée sur ce dernier. Un des critères particulièrement analysé sera l'efficacité de la conversion d'énergie (i.e. surtout les pertes fer). Pour cela, l'impact de ces procédés laser est étudié à l'aide de modèles d'aimantation dynamique et de pertes, identifiés grâce à des mesures magnétiques par un banc dédié : le banc SST "Single Sheet Tester". Une optimisation des paramètres d'ablation laser est effectuée afin d'assurer une réduction des pertes fer de l'ordre de 20% tout en préservant la perméabilité magnétique en certains points de fonctionnement (inductions moyenne et forte à 50 Hz et basse induction jusqu’à 5000 Hz). Une étude complémentaire avec deux qualités différentes (FeSi GO conventionnel 0,23 mm et FeSi GO HiB 0,28 mm) a aussi permis d'adapter les paramètres et les motifs laser avec l'épaisseur du matériau. Il est également montré que le procédé d'ablation peut résister à des élévations de température supérieures aux autres procédés tout en acceptant l'application d'un revêtement isolant. En outre, une corrélation entre les paramètres énergétiques optiques (énergie d'une impulsion, densité d'énergie cumulative et densité de puissance pic) les motifs et impacts physiques des tracés laser (profondeur de gravures, zone affectée thermiquement, contrainte thermique induite ...) et finalement les paramètres magnétiques identifiés (coefficients de Bertotti ; paramètres du modèle Lambda) est présentée. Cette étude révèle certaines interprétations physiques. De plus, l'impact des traitements laser de surface sur la structure en domaines magnétiques a été analysé en visualisant le changement des domaines magnétiques. Des images magnéto-optiques par la technique MOIF "Magneto-Optical Indicator Film") sont présentés pour une vue d'ensemble sur les domaines principaux entre les tracés laser avec une résolution de l’ordre de 20 m. Des observations plus précises avec une résolution horizontale de l'ordre de 100 nm sont réalisées à l'aide du Microscope à Force Magnétique (MFM) afin d'avoir accès aux détails de cette structure à proximité et sur les tracés laser. Pour conclure, les analyses des paramètres d'ablation laser sont effectuées en assurant une réduction des pertes fer à 50 Hz avec un taux atteignant plus de 30 % pour une induction allant jusque 0,5 T et de l'ordre de 15 % au-dessus de 1,5 T. À plus haute fréquence et à 0,1 T, le taux de réduction peut dépasser 30%. Parallèlement, la perméabilité apparente peut soit être accrue en dessous de 1,2 T (coude de saturation), soit être préservée ou légèrement réduite entre 1,2 T et la saturation. Dans tous les cas, la polarisation J800 > 1,70 T (GO conventionnel) et J800 > 1,80 T (GO HiB) pour un champ magnétique de 800 A/m sera toujours garantie même après traitement laser
Pulsed laser technology is one of the productive solutions adopted to optimize the electromagnetic properties of certain electrical steels. However, its industrial application on different alloys, thicknesses, or applications remains restricted. Moreover, the deterministic impact of this technique on the magnetic structure of a material and its performance requires deep investigation. Further, the ultra-short pulsed laser ablation technique remains unfamiliar for electrical steels although it represents a vital potential in terms of a repeatable process that withstands high temperatures. The main intention of the thesis is to study the influence of surface laser treatments on the magnetic properties of grain-oriented silicon iron electrical steels in order to improve their performance. A classification of the different laser processes is proposed according to the pulse duration, repetition frequency, power, and laser fluence. Accordingly, three types of treatments are selected: irradiation, scribing, and ablation, with a particular emphasis on the ablation process. Remarkably, the principal criterion analyzed was the energy conversion efficiency (i.e. especially iron losses). On that account, the impact of these laser processes is studied using dynamic magnetization and loss models, identified by magnetic measurements with an SST "Single Sheet Tester" bench. Then, an optimization of the laser ablation parameters is carried out to ensure a reduction in iron losses of around 20% while maintaining the apparent permeability at certain operating points (medium and high inductions at 50 Hz and low inductions up to 5000 Hz). An additional study on two different grades of FeSi GO (conventional 0.23 mm and HiB 0.28 mm) permitted the adaptation of the laser parameters and patterns with the material thickness. Spectacularly, the ablation process has shown more resistance to a higher temperature than other processes. Furthermore, a correlation between the optical energy parameters (pulse energy, cumulative energy density, and peak power density), the patterns and laser impacts (groove depth, heat affected zone, induced thermal stress), and the identified magnetic parameters (Bertotti coefficients; Lambda model parameters) is presented. This study reveals some physical interpretations.Besides, the effect of surface laser treatments on the magnetic domain structure has been analyzed. We visualized the changes in magnetic domains with Magneto-optical images using the MOIF technique (Magneto-Optical Indicator Film) for an overview of the domains between the laser lines with a resolution of about 20 µm. Following this, more precise observations with a horizontal resolution of the order of 100 nm were performed using the Magnetic Force Microscope (MFM), which shows the structural details in the vicinity and in the laser tracing line. To conclude, an optimization of the laser ablation parameters is accomplished ensuring an iron loss reduction at 50 Hz with more than 30% for an induction 0.5 T, and a percentage of 15% for an induction above 1.5 T. At higher frequencies and for 0.1 T, the reduction percentage can exceed the 30%. Concurrently, the apparent permeability can either be enhanced below 1.2 T (saturation inclination) or slightly reduced between 1.2 T and saturation. Anyhow, the polarization J800 > 1.70 T (conventional GO) and J800 > 1.80 T (GO HiB) under a magnetic field of 800 A/m will be guaranteed after laser treatment

Le transformateur est aujourd’hui l’un des convertisseurs statiques les plus utilisé notamment dans la distribution électrique. Les tôles magnétiques servant à la construction de leurs circuits magnétiques sont devenues de plus en plus performantes permettant une réduction des pertes produites. Néanmoins, les tests normalisés permettant de caractériser les tôles magnétiques ne reflètent pas totalement le comportement énergétique du transformateur. De plus, une autre problématique a gagné en importance durant ces dernières années : le bruit acoustique émis. Malheureusement, il n’y pas encore de lien entre la qualité de la tôle à grains orientés choisie pour construire le circuit magnétique et le bruit acoustiques que va produire celui-ci. L’objectif de cette thèse est de répondre à cette double problématique à partir de tests simplifiés. En effet, de nombreux dispositifs expérimentaux et méthodologies ont été développés tels que la méthode des trois cadres, permettant d’étudier la répartition des pertes fer dans le transformateur, les circuits magnétiques décalés, permettant d’étudier les phénomènes à l’origine des bruit acoustique, et des modèles de transformateurs monophasés et triphasés. De plus, des simulations numériques ont été effectuées afin d’approfondir nos analyses des résultats expérimentaux. L’étude des dispositifs ont permis de mettre en évidence trois paramètres relatifs à la qualité des tôles magnétiques, entrainant des différences de répartition d’induction set donc des différences de répartition de pertes fer, d’une part, et de bruit acoustique dans les transformateurs, d’autre part
The transformer is now a static converter most notably used in electrical distribution. The electrical steel sheet used in the construction of their magnetic circuits have become more efficient to reduce losses occurred. However, standardized tests to characterize the electromagnetic steel do not fully reflect the energy behavior of the transformer. In addition, another issue has gained importance in recent years: the acoustic noise. Unfortunately, there is no link between the quality of grain oriented steel selected to construct the magnetic circuit and acoustic noise that will produce it. The objective of this thesis is to answer this dual problem from simplified test. Indeed, many experimental devices and methodologies have been developed such as the method of three frames, to study the distribution of core losses in the transformer, the magnetic circuits shifted, to study phenomena at the origin of acoustic noise, and models of single and three phase transformers. In addition, numerical simulations were performed to deepen our analysis of the experimental results. The study of the devices have allowed to identify three parameters relating to the quality of grain oriented electrical steel, resulting from differences in the distribution of the flux density and therefore, first, the differences in distribution of core loss and, hand, acoustic noise in transformers