Dans un actionneur électromagnétique, le circuit magnétique joue le rôle indispensable de canalisateur de flux pour diriger l'énergie magnétique dans la zone souhaitée (l'entrefer). Au sein de ce circuit magnétique, des énergies de différente nature, sont transformées, stockées, échangées et dissipées. Les performances de l'outil informatique pour représenter les régimes transitoires et les pertes sont liées à la précision avec laquelle sont évaluées simultanément toutes ces formes d'énergie. Ce constat impose au modèle d'être à même de décrire, en régime dynamique, tout l'historique de l'aimantation du matériau.<br />Notre travail a consisté à développer des outils de simulation dans lesquels le circuit magnétique est au coeur de la conversion énergétique. Des hypothèses simplificatrices ou/et des couplages de méthodes à priori ou en temps réel nous autorisent à étudier les régimes transitoires à l'intérieur de ces circuits et à en évaluer les pertes.<br />Le couplage de méthodes de représentation ainsi que les hypothèses y attenant est décrit au fil des chapitres. Les résultats obtenus permettent l'analyse minutieuse du rôle du circuit magnétique pour plusieurs systèmes à vocation industrielle ainsi que la réflexion sur d'éventuelles améliorations à apporter à ces systèmes.

Dans le cadre de la lutte contre l'augmentation des gaz à effet de serre et la préservation de l'environnement, l'efficacité énergétique est un enjeu majeur du XXIème siècle. Par exemple, les moteurs et actionneurs électriques sont de plus en plus nombreux dans le monde, les transformateurs de distribution affichent une efficacité énergétique de 97 à 99 %. Cependant, en raison de leur utilisation intensive, leur impact environnemental est loin d'être négligeable. De ce fait une compréhension et une détermination plus précise des pertes dans ces machines électriques permettraient d'améliorer l'efficacité énergétique des dispositifs d'électronique de puissance et des machines électriques. Ces dispositifs sont le siège de pertes dans les bobinages et dans les circuits magnétiques. L'objectif de cette thèse est de pouvoir modéliser, par des méthodes numériques de type éléments finis, les pertes dans les circuits magnétiques feuilletés des machines électriques.Cependant le laminage de ces circuits magnétiques, qui permet de réduire les courants de Foucault, induit de fortes contraintes de modélisation. En effet la nécessité de disposer d'au moins deux éléments finis dans l'épaisseur de peau pour obtenir une solution de qualité, conduit à la réalisation de maillages de taille très importante, incompatible avec les moyens de calcul disponibles aujourd'hui.L'objectif de ce travail est de développer des modèles de lois de comportement homogénéisé des matériaux magnétiques feuilletés dans le cadre de l'utilisation de la méthode des éléments finis en 2D et 3D, avec application aux machines tournantes et aux transformateurs. Ces modèles à priori permettront de prendre en compte les pertes en cours de résolution, afin d'obtenir des résultats précis sur les grandeurs locales et globales, et notamment les pertes, en fonction du temps. / Energy efficiency becomes a global major issue of XXIst century as we are dealing with greenhouse emissions. For instance electric rotating machines and actuators are globally more used than before. Distribution transformers do have 97 to 99% efficiency rate, with a non negligible environmental impact due to their intensive use. A thorough understanding and modeling of losses in those electric devices could help improving and maintaining that level of environmental impact and energy efficiency. This could be productive to many electrical devices from power electronics devices to electric machines and networks, because of losses in windings and magnetic cores. The main aim of this study is to model eddy current losses in laminated magnetic cores of electric machines by means of numerical methods such as Finite Element Methods (FEM).Laminating magnetic cores besides reducing eddy current loops, induces new modeling constraints . The necessary assignment of at least two elements in the skin depth in order to have good quality solutions, leads sometimes to unsolvable problems using actual computation solutions.The purpose will be to develop source code of homogenized behavior laws of laminated magnetic cores using 2D and 3D finite element methods, applied to transformers and electrical motors. Those a priori models consider losses in the main solving process allowing to have accurate results on local and macroscopic entities varying temporally.

Ce travail de recherche a pour objectif de développer un modèle de machine électrique capable d'avoir une excentricité réglable, pour analyser l'effet sur les différents signaux électriques (courants et tensions). Cette étude s'est focalisée particulièrement sur les machines synchrones à aimants permanents. On utilise de ce fait des méthodes de modélisation numériques telles que la modélisation par éléments finis qui présente des avantages significatifs dans la modélisation des machines électriques en raison de sa précision et le modèle de circuits couplés en raison de sa rapidité. Une approche simple et efficace de modélisation de la machine avec une excentricité réglable est développée pour l'implanter dans le modèle de circuits couplés. L'exécution de ce modèle nécessite les calculs préliminaires pour l'identification des paramètres du modèle. Ces paramètres sont obtenus à l'aide du calcul de champ par éléments finis en considérant une géométrie de moteur donnée. L'exécution de cette méthode d'identification est très longue. En combinant aux résultats du calcul de champ à une méthode d'interpolation, on est capable d'obtenir les paramètres d'identification de ce moteur pour n'importe quelle excentricité statique ou dynamique. L'efficacité et la fiabilité de ce modèle sont vérifiés avec la simulation par calcul de champ en analysant le couple, les inductances et le flux à vide. Des expériences avec un banc d'essai d'une machine existante permettent d'évaluer les écarts avec la simulation. Il s'agit d'une machine synchrone à aimants permanents comportant 8 pôles et 9 encoches. Ce travail est une étape essentielle pour le développement de méthodes d'analyses des défauts d'excentricité basées sur les signaux électriques ou le couple. / This research work aims to develop a model of an electrical machine capable of having an adjustable eccentricity, to analyze the effect on the different signals (currents, voltages). This study focused particularly on synchronous machines with permanent magnets. We therefore use digital modeling methods such as finite element modeling which has significant advantages in the modeling of electrical machines because of its precision and the model of coupled circuits because of its speed. A simple and effective machine modeling approach with adjustable eccentricity is developed to implement in the coupled circuit model. Running this model requires preliminary calculations for the identification of model parameters. These parameters are obtained using finite element field calculation considering a given engine geometry. This identification method takes a very long time to perform. By combining the results of the field calculation with an interpolation method, we are able to obtain the identification parameters of this motor for any static or dynamic eccentricity. The efficiency and reliability of this model are verified with field calculation simulation by analyzing torque, inductances and no-load flux. Experiments with a test bench of an existing machine make it possible to evaluate the deviations from the simulation. It is a permanent magnet synchronous machine with 8 poles and 9 notches. This work is an essential step for the development of methods for analyzing eccentricity defects based on electrical signals or torque.