Tipe - modélisation d'une plaque à induction avec le logiciel FEMM

[acomsa69]

Bonjour à tous,
Je suis étudiant en deuxième année de prépa (PSI) et je fais mon TIPE (un travail de recherche) sur les plaques à induction, et notamment sur les facteurs qui en optimisent les rendements.
Je suis allé voir un chercheur qui m'a conseillé d'utiliser le logiciel FEMM, dont le but est de modéliser et résoudre des problèmes magnétiques par la méthode des éléments finis. J'ai pu faire des modélisations intéressantes, mais cependant je ne maîtrise pas très bien le logiciel, du coup j'aimerais vous demander si l'un d'entre vous a l'habitude s'en servir pour répondre à mes questions ? Car c'est un logiciel très peu connu.

Merci d'avance
Alexandre
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[Antoane]

Bonjour et bienvenue.

Pose tes questions, on verra qui on peut y répondre

[acomsa69]

Merci !
Et bien en fait je cherche quelqu'un qui maîtrise le logiciel pour prendre contact après, je trouve ça plus simple !

[erff]

Bonjour, Saches seulement que la plupart des gens ici ont un travail, une famille, des activités etc... donc je doute que quelqu'un veuille s'engager sur du long terme pour aider des étudiants qu'il ne connaît pas. À mon avis, il serait bien plus efficace de poser des questions précises ici ; les connaisseurs (dont je fais partie car j'ai un peu d'expérience avec ce logiciel) te répondront ... s'ils ont le temps et l'envie. Pour démarrer, je te conseille d'aller consulter la documentation officielle (comme toujours). http://www.femm.info/wiki/Documentation/ Pour le choix du logiciel, je suis assez d'accord avec le conseil qu'on ta donné. FEMM est simple à apprendre et relativement convivial. La contrepartie est que ses fonctionnalités sont assez limitées (mais nettement suffisantes pour ton besoin). Note : ce logiciel est interfaçable avec des langage de scripts (lua, octave, matlab...), ce qui est très pratique pour lancer un gd nb de simulations en faisant varier des paramètres, sans se taper les modifs à la main.

[A voir en vidéo sur Futura]

[acomsa69]

Ok alors voila ce que je ne comprends pas :
D'abord j'ai moyennement compris comment paramétrer une bobine, par exemple pour une bobine plate de 15 spires en cuivre de 1.6 mm de diamètre j'ai fait ça :

6Gv1Rn.png

Vous pouvez reconnaître une casserole en acier dans de l'air, avec une bobine plate en dessous. Le problème est une symétrie de révolution autour l'axe bleu à gauche.
Mais le problème c'est que je ne sais pas du tout si ce paramétrage correspond à ce que je voulais au départ. Comment dois-je procéder de manière générale pour faire une bobine plate ? Parce que j'aurais pu faire un rectangle, un carré où n'importe quoi puis mettre dedans "copper 1.6 mm, 15 turns". Comment les "15 turns" sont-ils répartis dans la surface ? (celle en dessous de la casserole)

Sinon après maillage et calculs, pour une fréquence de 1kHz, voilà ce que ça donne :

XKSBGd.jpg

On peut voir dans la casserole la partie réelle des vecteurs densité de courant (car on s'intéresse ici aux courants de Foucault)
Petite question, il faut s'intéresser au module ou à la partie réelle des vecteurs densité de courant ?

Puis enfin, pour calculer la puissance dissipée, j'ai intégré sur la coupe de la casserole et cochant "resistive losses" (les J.E j'imagine) :

xO1BgE.jpg

Voilà, encore une question bête, l'intégration se fait bien sur tout le volume et pas que sur la coupe ?


Voilà pour l'instant je n'ai pas d'autres questions.
J'aimerais ensuite pouvoir faire des comparaisons en fonction des propriétés des matériaux, des configurations et des géométries.
Si vous avez des remarques à faire sur mon analyse où des conseils à me donner je suis preneur !

[erff]

Re, Le pb est mal décrit en effet ! Ici, en faisant la révolution selon l'axe à gauche, tu décris une boule entourant un cylindre creux avec un fond surplombant un disque percé... Appelons cette vue la " vue de dessus". Il faut dessiner la vue de face (ou droite ou gauche, ce qui est sans importance dans le cas d'une symétrie de révolution). En 2D, le champ magnétique est dans le plan du dessin (er,ez), mais les courants et le potentiel vecteur A sont selon la coordonnée normale au plan du dessin (selon e_theta).

[erff]

EDIT : oublie ce que j'ai écrit, j'ai été troublé par les u1, ... u7 . Que signifient ils ? Il suffirait juste d'imposer A=0 suffisamment loin... Pour les courants, tu as 3 options : - Lire la doc pour comprendre comment sont dessinées les spires (je ne serais pas surpris qu'il fasse l'option 2) - Imposer J dans le rectangle de sorte à avoir J*S = N*I ; ce qui est assez réaliste si les effets de peau sont négligeables dans la bobines (ce qui est le cas souvent). - Dessiner toutes les spires et les mettre dans le même circuit avec connexion série (le plus précis). Dans une plaque à induction réelle, il y a un ferrite pour guider le flux magnétique vers la casserole et éviter de rayonner de partout ! Bonne soirée

[Antoane]

Bonjour,

Mais le problème c'est que je ne sais pas du tout si ce paramétrage correspond à ce que je voulais au départ. Comment dois-je procéder de manière générale pour faire une bobine plate ? Parce que j'aurais pu faire un rectangle, un carré où n'importe quoi puis mettre dedans "copper 1.6 mm, 15 turns". Comment les "15 turns" sont-ils répartis dans la surface ? (celle en dessous de la casserole)

Si le nombre de tours est strictement supérieur à 1, le logiciel suppose que le volume est "stranded" et que la densité de courant est homogène dans le volume, de valeur telle que le courant total y circulant vaut n_turns * I_turn.

Voilà, encore une question bête, l'intégration se fait bien sur tout le volume et pas que sur la coupe ?

Oui.
Sinon, tu n'obtiendrais pas des W.

Pense à mailler suffisamment finement : delta/5, avec delta la profondeur de peau, est un bon début.

@Erff : les conditions aux limites utilisées mimiquent un A=0 à l'infini en ne maillant qu'une petite zone de l'espace. c'est la fonction mi_makeABC() sous matlab/octave/lua.

[erff]

Bonjour Antoane et merci pour cette précision ! Pour la peine, je mets un lien sur un article en relation avec le pb des "open boundaries" sous FEMM http://www.femm.info/dmeeker/pdf/TMAG-13-02-0097_R1.pdf Bonne soirée !

[acomsa69]

Ok merci pour vos réponses je pense utiliser l'option 3 mais ça risque d'être fastidieux ..

[acomsa69]

Dans une plaque à induction réelle, il y a un ferrite pour guider le flux magnétique vers la casserole et éviter de rayonner de partout ! Bonne soirée

Oui j'ai lu ça dans les docs que j'ai trouvées sur internet, mais c'est frustrant parce que j'ai aucune idée de comment le ferrite est positionné dans la plaque, j'aimerais bien pouvoir le modéliser avec le reste..

[Antoane]

Bonjour,

Ce sont en général (me semble-t-il) des bâtonnets placés en étoile sous la bobine d'induction.

Source : http://www.imajeenyus.com/electronic...er/index.shtml

Difficile donc de traiter ça en 2D a priori, mais tu peux sans doute te permettre quelques approximations
J'imagine qu'ils utilisent du ferrite MnZn basse fréquence, avec une très forte perméabilité (~2000-3000) et une induction à saturation autour de 300-400 mT.

[acomsa69]

Bonjour,
En effet ça s'annonce galère galère.. Je pourrais essayer faire un disque qui moyenne les bâtonnets sur toute la surface ^^
J'achète aujourd'hui une petite plaque à induction d'occasion pour la démonter m'en servir de modèle, je verrai comment elle est faite mais ça devrait être similaire.