METHODES DE CARACTERISATION DES PROPRIETES MAGNETIQUES

METHODES DE CARACTERISATION DES PROPRIETES MAGNETIQUES

Généralement, la détermination des propriétés magnétiques d’un matériau doux revient à mesurer l’induction globale variable. Il existe plusieurs méthodes normalisées (reposant toutes sur la détermination du flux magnétique) permettant d’obtenir ces mesures magnétiques globales [74][75][76]. Considérons un matériau magnétique de forme quelconque, de longueur du chemin magnétique l et de section constante S. Deux bobinages sont enroulés sur celui-ci, comme l’illustre la Figure 47. ) varie dans le temps, alors un flux variable traverse la bobine secondaire et crée une force électromotrice induite v2. Comme la section S est constante et que le flux φ est supposé confiné dans le circuit, moyennant certaines conditions géométriques, alors l’induction peut être considérée homogène. Il vient, d’après la loi de Faraday : On peut alors tracer la courbe B(H). Cependant, l’intégration de v2 n’est pas toujours chose aisée (faibles niveaux du signal v2, bruit, dérive des appareils). De plus, il existe une complication liée à l’existence d’un champ démagnétisant qui peut être très grand devant les champs appliqués lorsque le circuit magnétique est ouvert (par exemple circuit de droite de la Figure 47). Il est donc nécessaire de travailler avec un circuit fermé. En outre, puisque la longueur du chemin magnétique ainsi que la section du flux doivent être facilement calculable et que le champ magnétique doit être le plus uniforme possible, il est préférable d’utiliser des géométries d’échantillons simples. On distingue trois techniques de mesure reposant sur ce principe, à savoir la mesure sur échantillon torique, le cadre Epstein et l’essai sur tôle unique.

Mesure sur tore (ring core measurement)

La solution la plus évidente pour former un circuit magnétique fermé est de considérer un échantillon toroïdal. Généralement, soit le tore est massif, soit des anneaux de tôles sont empilés. C’est une méthode performante normalisée (CEI 60404-4 et IEEE standard 393-1991[7]) mais qui souffre d’un certain nombre de défauts. Outre la difficulté de préparation du noyau et des bobinages (à distribuer sur l’ensemble du périmètre du tore), cette géométrie ne permet pas de caractériser l’anisotropie des matériaux. Dans le cas des tôles, on pourrait avoir recours à l’enroulement d’un ruban mais les propriétés varient alors avec le diamètre du tore à cause des contraintes de flexion [75]. Rappelons en outre que, selon la norme, le tore massif doit être homogène, sans soudure, de section circulaire ou rectangulaire et suffisamment mince pour maintenir une bonne uniformité de l’aimantation au travers de la section. Il est donc recommandé de respecter pour les diamètres extérieur Dext et intérieur Dint la relation suivante : La norme précise que la mesure doit être effectuée à température ambiante (23 ± 5°C) et que la température du tore ne doit pas dépasser 50°C (une sonde thermique peut être ajoutée au contact du tore pour vérifier sa température). En outre, les incertitudes géométriques doivent être inférieures à 0,5% (section et longueur moyennes du tore).

La technique de mesure du cadre Epstein a été proposée dès 1936 par Burgwin [77]. Il s’agit d’un circuit carré démontable, obtenu à partir de bandes de tôles empilées de façon normalisée (norme CEI 60404-2 [8]). Cet assemblage doit être réalisé avec 4*N bandes de 30 mm de largeur au maximum et 280 mm de longueur au minimum. Le nombre N est un entier au moins égal à 3 qui est à adapter en fonction de l’épaisseur et de la masse volumique des échantillons. Les bandes de tôles sont superposées aux coins par double recouvrement des joints (Figure 48). Il est possible d’ajouter une Ce dispositif permet d’obtenir relativement simplement (circuit démontable) des mesures magnétiques d’une très bonne reproductibilité. Par contre, le recouvrement des joints constitue une inhomogénéité du circuit magnétique (entrefer) qui provoque systématiquement une erreur car le flux doit traverser l’épaisseur d’isolation de la tôle [78] (c.f. paragraphe III.1.1). En outre, la définition conventionnelle d’une longueur moyenne de chemin magnétique (0,94 m) n’est pas toujours pertinente. En effet, cette définition suppose la répartition constante du champ ce qui n’est plus vrai quand la fréquence et le niveau d’induction augmentent. Il existe de nombreuses sources d’erreurs systématiques qui ont été étudiées en détail le siècle dernier [79]. Bien que la caractéristique B(H) obtenue avec un cadre Epstein soit entachée d’erreurs systématiques, les mesures sont exploitables par comparaison car cet essai est normalisé, reproductible et bénéficie d’un important retour d’expérience.