Fiche individuelle

This paper explores the implications of nonlinear anisotropic behavior models on the simulation of magnetic losses in a toroidal core made of a conventional Grain-Oriented Electrical Steel (GOES) within a finite element method (FEM) simulation environment. GO laminations are commonly used to improve the efficiency of electrical machines, but their complex behavior requires accurate modeling. Nonlinear resolutions for different anisotropy models were implemented and compared with a measurement-based model. Then, an anisotropic iron loss model from Appino et al. has been applied to evaluate the iron losses. This method provides a decisive way to qualitatively assess various models directly, relying on measurable quantities of interest.

An improved starting point Newton method applied to 3-D scalar formulation in magnetostatics is proposed in this paper. Compared with the classical Newton method, the inexact-Newton and quasi-Newton methods are reported by testing on a benchmark problem as well as an industrial example. Remarkable convergence acceleration using the proposed strategy is observed, and thus, it significantly reduces the computational time.

This paper explores the implications of nonlinear anisotropic behavior models on the simulation of magnetic losses in a transformer made of a conventional Grain-Oriented Electrical Steel (GOES) within a finite element method (FEM) simulation environment. GO laminations are commonly used to improve the efficiency of electrical machines, but their complex behavior requires accurate modeling. Nonlinear resolutions for different anisotropy models were implemented and compared with isotropic nonlinear and linear anisotropic models. Then, the iron losses were estimated using an anisotropic model developed by Appino et al.

This paper explores the implications of nonlinear anisotropic behavior models on the simulation of magnetic losses in a toroidal core made of a conventional Grain-Oriented Electrical Steel (GOES) within a finite element method (FEM) simulation environment. GO laminations are commonly used to improve the efficiency of electrical machines, but their complex behavior requires accurate modeling. Nonlinear resolutions for different anisotropy models were implemented and compared with a measurement-based model. Then, an anisotropic iron loss model from Appino et al. has been applied to evaluate the iron losses. This method provides a decisive way to qualitatively assess various models directly, relying on measurable quantities of interest.

This paper aims to propose an Improved Starting Point (ISP-) Newton method applied to vector potential A formulation for circuit coupled magnetostatic problems. These problems are usually known to vary greatly during the time. This impacts the quality of the initial guess of the Newton method and thus increases significantly the computational cost. The Newton method with vector potential formulation A has been analyzed. Numerical examples show the performance of our proposed ISP-Newton method.

Cet article étudie la prise en compte de l'anisotropie par différents modèles de comportement dans la simulation des pertes magnétiques d'un transformateur constitué d'acier électrique conventionnel à grains orientés (GO) dans un environnement de simulation par la méthode des éléments finis. Les tôles GO sont couramment utilisées pour améliorer l'efficacité des machines électriques, mais leur comportement complexe nécessite une modélisation précise. Des résolutions non-linéaires pour différents modèles d'anisotropie ont été mises en oeuvre et comparées à des modélisations non-linéaires isotropes et linéaires anisotropes. Ensuite, un modèle de perte de fer anisotrope d'Appino et al. a été appliqué pour évaluer les pertes de fer.

Résumé Les problèmes électromagnétiques non linéaires sont largement rencontrés en électrotechnique, comme les applications de machines électriques. Le calcul des champs magnétiques nécessite la résolution de problèmes non linéaires dus à la saturation des matériaux ferromagnétiques. La méthode des éléments finis (FEM) est la technique la plus utilisée dans le domaine de modélisation grâce à sa grande précision et à sa robustesse pour résoudre des systèmes aux géométries complexes. La discrétisation de ces problèmes conduit à un grand système d'équations non linéaires qui peuvent être résolus par deux processus itératifs importants: la méthode du point fixe qui est plus robuste, mais peut être très lente vu sa vitesse de convergence linéaire et la méthode de Newton qui a été largement préférée pour résoudre les problèmes de champs non linéaires grâce à sa vitesse de convergence quadratique. Cependant, cette convergence reste locale c'est-à-dire que l'estimation initiale doit être proche de la solution. Ainsi, plusieurs techniques de globalisation sont introduites pour atteindre un niveau acceptable de robustesse. De plus, une itération de Newton peut s'avérer très coûteuse. En effet, elle demande à chaque itération l'évaluation de la matrice jacobienne et la résolution du problème linéarisé impliquant cette dernière matrice. Pour diminuer ces coûts de résolution, plusieurs variantes de cette méthode sont introduites comme les méthodes de Newton-inexactes et les méthodes de Quasi-Newton. Cette thèse a pour but d'implémenter des méthodes numériques mieux adaptées au traitement des problèmes électromagnétiques non linéaires. Ces méthodes seront des versions plus robustes et accélérées des solveurs existants comme les méthodes du type Newton.