Présentation

Article

1 - SOURCES DE BRUIT AUDIBLE D'ORIGINE MAGNÉTIQUE

2 - CARACTÉRISATION DES FORCES D'ORIGINE MAGNÉTIQUE

3 - PRÉDICTION DU BRUIT AUDIBLE D'ORIGINE MAGNÉTIQUE

4 - RÈGLES DE CONCEPTION SILENCIEUSE

5 - DIAGNOSTIC DU BRUIT D'ORIGINE MAGNÉTIQUE

6 - CONCLUSION

| Réf : D3580 v1

Règles de conception silencieuse
Bruit audible d'origine magnétique dans les machines asynchrones

Auteur(s) : Jean LE BESNERAIS, Vincent LANFRANCHI, Michel HECQUET, Pascal BROCHET

Date de publication : 10 nov. 2008

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Auteur(s)

  • Jean LE BESNERAIS : Ingénieur ALSTOM Transport, doctorant au Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance de Lille (L2EP)-Ecole centrale de Lille - Ingénieur de l'Ecole centrale des arts et manufactures

  • Vincent LANFRANCHI : Maître de conférence à l'Université de technologie de Compiègne - Laboratoire d'électromécanique de Compiègne (LEC)

  • Michel HECQUET : Maître de conférence HDR à l'IUT de Lille1 / Université des sciences et technologies de Lille - Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance de Lille (L2EP)-Ecole centrale de Lille

  • Pascal BROCHET : Professeur à l'Ecole centrale de Lille, responsable de l'équipe OPTIMISATION - Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance de Lille (L2EP)-Ecole centrale de Lille

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

INTRODUCTION

Le bruit audible des machines électriques, qui participe à leur impact environnemental au même titre que leur consommation électrique ou leur recyclabilité, est devenu un critère de poids durant leur phase de conception, à la fois dans les applications industrielles, où l'exposition au bruit a un impact direct sur la santé, et dans les transports pour des raisons de confort acoustique.

Le niveau de bruit global d'une machine électrique provient de trois sources principales :

  • le bruit d'origine mécanique (roulements, engrènements, etc) ;

  • le bruit d'origine aéraulique (ventilation) ;

  • le bruit d'origine magnétique.

Dans les machines à courant alternatif, ce dernier peut dominer le niveau de bruit total à basse vitesse . Il est produit par les courants présents dans la machine et se caractérise souvent par une désagréable émergence de raies acoustiques. Cette tonalité est par ailleurs pénalisée par la norme de limite de bruit CEI 60034-9 : la compréhension du phénomène de bruit d'origine magnétique est donc primordiale en vue de concevoir des machines silencieuses ou de diagnostiquer et résoudre des problèmes de bruit sur des machines existantes.

La prédiction du bruit d'origine magnétique relève de la modélisation multiphysique : elle nécessite à la fois un modèle électromagnétique de l'excitation de la machine et un modèle vibro-acoustique de la structure excitée. De plus, le bruit doit être simulé en régime variable afin de prendre en compte les phénomènes de résonance : l'utilisation d'outils éléments finis électro-vibro-acoustiques est alors inenvisageable, à la fois pour leur temps de calcul prohibitif et pour la difficulté d'en coupler les logiciels. Des modèles analytiques électromagnétique, vibratoire et acoustique ont donc été développés . Leur rapidité permet également de les coupler à un algorithme d'optimisation multi-objectif en vue de concevoir des machines à faible niveau de bruit magnétique, à faibles pulsations de couple et à haut rendement  .

Si les pulsations de couple peuvent en effet provoquer du bruit et des vibrations supplémentaires, que l'on peut limiter en agissant par exemple sur les harmoniques de courant , ce dossier n'en abordera pas les moyens de prédiction ni de réduction.

Dans un premier temps, nous nous attachons à caractériser l'ensemble des phénomènes susceptibles de produire du bruit audible d'origine magnétique dans les machines asynchrones de faible à forte puissance (quelques centaines de W à quelques centaines de kW). L'influence de l'alimentation par modulation de largeur d'impulsion (MLI)    est également traitée et certains aspects psycho-acoustiques sont discutés. Dans un second temps, des outils de prédiction du bruit magnétique sont exposés (méthodes analytiques, graphiques et numériques). Des règles de conception permettant de réduire le bruit magnétique sont ensuite présentées. Enfin, nous verrons comment interpréter en pratique l'origine du bruit magnétique à l'aide de sonagrammes expérimentaux.

Dans les Techniques de l'ingénieur, le lecteur se reportera utilement aux dossiers :

  • « Modulations MLI et MPI » ,

  • « Commande numérique des machines »  et .

  • « Conception assistée par ordinateur (CAO) : moteur asynchrone » 

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3580


Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

4. Règles de conception silencieuse

En vue de réduire le bruit magnétique rayonné par la machine dès la phase de conception, trois démarches principales sont possibles :

  • agir sur l'amplitude de l'excitation seule (faibles raies de denture, faibles raies MLI, ordres spatiaux élevés, …) ;

  • agir sur l'amplitude de la réponse seule (faible rayonnement de la structure) ;

  • agir sur l'interaction entre la force excitatrice et la structure excitée (éloignement entre fréquences excitatrices et fréquences naturelles).

Les paramètres de conception les plus influents sur le bruit sont :

  • la forme et le nombre des encoches ;

  • les dimensions générales du moteur (diamètre extérieur, hauteur de culasse, longueur de fer, entrefer)  ;

  • la fréquence de découpe et le type de stratégie MLI.

Nous n'abordons pas dans ce dossier les méthodes de réduction de bruit a posteriori, parmi lesquelles figurent les méthodes passives (ajout de matériaux absorbants, d'amortisseurs, etc) et les méthodes actives (compensation des vibrations par des matériaux piézo-électriques , des enroulements supplémentaires, par injection de courant  , etc).

4.1 Conception du moteur

HAUT DE PAGE

4.1.1 Formes...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Règles de conception silencieuse
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BERANEK (L.L.), VER (I.L.) -   Noise and vibration control engineering  -  Ingénierie du contrôle des bruits et vibrations. Wiley interscience, 1992.

  • (2) - LE BESNERAIS (J.), FASQUELLE (A.), HECQUET (M.), LANFRANCHI (V.), BROCHET (P.), RANDRIA (A.) -   A fast noise-predictive multiphysical model of the PWM-controlled induction machine  -  Proc. of the International Conference on Electrical Machines (ICEM), sept. 2006.

  • (3) - LE BESNERAIS (J.), LANFRANCHI (V.), HECQUET (M.), BROCHET (P.) -   Multi-objective optimization of the induction machine with minimization of audible electromagnetic noise  -  European Physics Journal, 39, n° 2, août 2007.

  • (4) - LE BESNERAIS (J.), LANFRANCHI (V.), HECQUET (M.), BROCHET (P.) -   Multi-objective optimization of induction machines including mixed variables and noise minimization  -  IEEE Trans. on Magn., 44, n° 4, avril 2008.

  • (5) - MININGER (X.), GALOPIN (N.), BOUILLAUT (F.), GABSI (M.) -   Analysis of electromagnetic strains on a structure such as switched reluctance machine  -  European Physics Journal, 39, août 2007.

  • ...

NORMES

  • Traction électrique – Machines électriques tournantes des véhicules ferroviaires et routiers –. Partie 2 : Moteurs à courant alternatif alimentés par convertisseurs électroniques. - CEI 60349-2 - 08 2002

  • Machines électriques tournantes. Partie 9 : Limites de bruits. - CEI 60034-9 - 08 2002

  • Machines électriques tournantes. Partie 14 : Vibration mécanique de certains machines de hauteur d’axe supérieure ou égale à 56 mm – Mesurage, évaluation et limites de la vibration. - CEI 60034-14 - 08 2002

1 Outils

Logiciels élément finis électromagnétique FLUX

  http://www.cedrat-groupe.com/en/software-solutions/flux.html

Logiciel éléments finis vibratoire ANSYS (ansys.com) ou IDEAS

  http://www.ideas-eng.com

Logiciel éléments frontières SYSNOISE

  http://www.lmsintl.com/SYSNOISE

la combinaison de ces logiciels permet de calculer le bruit audible d'origine magnétique.

HAUT DE PAGE

2 Evènements

Congrès INTERNOISE

  http://www.internoise2008.org/homePage.htm

ICEM International Conference on Electrical Machines

http://icem.metu.edu.tr

EF Electrotechnique du futur

http://impact.inp-toulouse.fr/CSAME-EF2007/acceuil.html

COMPUMAG International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields

http://www.compumag.co.uk

VANEM International Seminar on Vibrations and Acoustic Noise of Electric Machinery

...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS