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 - CARACTÉRISATION EXPÉRIMENTALE ET DIAGNOSTIC DU BRUIT D’ORIGINE MAGNÉTIQUE

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : D3580 v3

Sources de bruit audible d’origine magnétique
Bruit audible d’origine magnétique dans les machines asynchrones

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

Date de publication : 10 mars 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

NOTE DE L'ÉDITEUR

Cet article est la réédition actualisée de l’article D3580 intitulé « Bruit audible d’origine magnétique dans les machines asynchrones » paru en 2013, rédigé par Jean LE BESNERAIS, Vincent LANFRANCHI, Michel HECQUET, Pascal BROCHET

06/11/2020

RÉSUMÉ

Le bruit audible des machines électriques participe à leur impact environnemental et doit être intégré dès leur stade de conception. Cet article porte sur les vibrations et le bruit acoustique d'origine magnétique, dû aux forces de Maxwell, dans les machines asynchrones. Les différentes sources d'efforts harmoniques sont caractérisées analytiquement. Des outils de prédiction du niveau de bruit rayonné sont présentés, ainsi que différentes règles de conception. Enfin, des méthodes de caractérisation expérimentale et des exemples de diagnostic du comportement vibroacoustique des machines asynchrones sont expliqués.

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

Lire l’article

ABSTRACT

Acoustic noise due to electromagnetic excitations in Asynchronous machines

The acoustic noise of electrical machines participates to their environmental impact and must be included in early design stage. This article deals with vibrations and acoustic noise due to Maxwell electromagnetic forces in induction machines. The different sources of excitations are characterized analytically. Prediction tools for the level of radiated noise are presented as well as several low-noise design rules. Finally, experimental characterization methods and examples of the vibroacoustic diagnostic of induction machines are explained.

Auteur(s)

  • Jean LE BESNERAIS : Ingénieur R&D EOMYS ENGINEERING, 121 rue de Chanzy 59260 Lille Hellemmes, France

  • Vincent LANFRANCHI : Maître de conférences à l'université de technologie de Compiègne Laboratoire d'électromécanique de Compiègne (LEC)

  • Michel HECQUET : Professeur à l'école centrale de Lille Responsable du département EEA (électronique électrotechnique automatique) - Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance de Lille (L2EP)

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 majeur 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, engrenages, etc.), le bruit d’origine aérodynamique ou hydrodynamique (fluides de refroidissement) et le bruit d’origine magnétique. Dans les machines ouvertes à courant alternatif, le bruit magnétique peut dominer le niveau de bruit total à basse et moyenne vitesse . Il est produit par les courants présents dans la machine asynchrone 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 vibroacoustiques sur des machines existantes. Les vibrations magnétiques sont également source de fatigue mécanique, qui dégrade la fiabilité de la machine électrique. Leur analyse et leur minimisation permettent donc d’améliorer la durée de vie de la machine.

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 vibroacoustique 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 lors de la phase de conception soulève donc des difficultés, tant du point de vue du temps de calcul que du couplage numérique. 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 en fonctionnement , les moyens de prédiction et de réduction ne seront pas abordés dans le présent article.

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 watts à quelques centaines de kilowatts). L’influence de l’alimentation par modulation de largeur d’impulsion (MLI) [E 3 967] [D 3 642] [D 3 643] 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 spectrogrammes expérimentaux.

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.

KEYWORDS

vibration   |   induction machines   |   transport   |   energy   |   acoustic noise   |   experimental interpretation   |   design guidelines

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-d3580


Cet article fait partie de l’offre

Bruit et vibrations

(97 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

1. Sources de bruit audible d’origine magnétique

Le bruit d’origine magnétique (encore nommé bruit électrique, l’appellation de bruit électromagnétique étant réservée au domaine de la compatibilité électromagnétique, dont le spectre dépasse largement la gamme audible) peut être défini comme le bruit audible généré par les forces magnétiques présentes dans la machine asynchrone, ces dernières étant elles-mêmes produites par des courants. Il a donc la propriété de cesser lorsque l’alimentation en courant est nulle, ce qui n’est pas le cas dans les machines synchrones à aimants permanents où, même en circuit ouvert, les efforts magnétiques ne sont pas nuls. Plus précisément, les forces d’origine magnétique font vibrer la culasse de la machine à des fréquences audibles (de 20 Hz à 20 kHz), et ces vibrations sont transmises à l’air ambiant par la carcasse, générant du bruit aérien. La surface des flasques est généralement trop faible pour contribuer significativement au rayonnement acoustique de la machine, les flasques n’étant sollicitées par les forces magnétiques que dans des cas particuliers comme celui des rotors ou stators à encoches inclinées.

Deux types de force à l’origine du bruit magnétique sont généralement distingués dans le domaine des machines électriques : les forces de Maxwell et les forces de magnétostriction.

1.1 Forces de Maxwell

Les forces de Maxwell, encore appelées force de réluctance magnétique, s’appliquent à l’interface de deux milieux magnétiques de différentes réluctivités. Dans les machines asynchrones, elles s’exercent en particulier à l’interface entre entrefer et tôle statorique. Les lignes de flux étant quasiment radiales lorsque le fer est peu saturé, ces forces de Maxwell sont surtout dirigées radialement (elles tirent la denture statorique vers le rotor). Contrairement au cas des machines synchrones [D 3 581],...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% 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

Bruit et vibrations

(97 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
Sources de bruit audible d’origine magnétique
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, avr. 2008.

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

NORMES

  • Traction électrique – Machines électriques tournantes des véhicules ferroviaires et routiers – Partie 2 : Moteurs à courant alternatif alimentés par convertisseurs électroniques - CEI 60349-2 - 2010

  • Machines électriques tournantes. Partie 9 : Limites de bruits - CEI 60034-9 - 2007

  • 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 - 2007

  • Acoustique – Code d’essai par la mesure du bruit aérien émis par les machines électriques tournantes - ISO 1680 - 2013

  • Vibration et chocs – Détermination expérimentale de la mobilité mécanique – Partie 2 : Mesurages avec utilisation d’une excitation de translation en un seul point au moyen d’un générateur de vibrations solidaire de ce point - ISO 7626-2 - 2015

ANNEXES

  1. 1 Brevets

    1 Brevets

    Procédé d’oxydation électrolytique du cérium et ensemble d’électrolyse pour sa mise en œuvre CA2582058

    HAUT DE PAGE

    Cet article est réservé aux abonnés.
    Il vous reste 94% 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

    Bruit et vibrations

    (97 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