nÃo hà / AÃos elÃtricos de grÃo nÃo orientado sÃo amplamente utilizados na fabricaÃÃo de nÃcleos para motores elÃtricos, sendo o desempenho destes equipamentos afetado pela textura cristalogrÃfica presente nesses materiais. Jà o tamanho de grÃo interfere consideravelmente nas perdas magnÃticas. A textura cristalogrÃfica e o tamanho de grÃo sÃo extremamente influenciados pelo tratamento tÃrmico de recozimento realizado apÃs o processo de laminaÃÃo a frio para obtenÃÃo de tiras metÃlicas desses aÃos. O recozimento promove estados de recristalizaÃÃo na microestrutura do material e esses estados estÃo intimamente relacionados com a textura cristalogrÃfica. O objetivo deste trabalho à avaliar a influÃncia da recristalizaÃÃo no comportamento da textura cristalogrÃfica e das perdas magnÃticas por histerese de um aÃo elÃtrico de grÃo nÃo orientado com 1,28% Si que foi laminado a frio industrialmente com reduÃÃes de 50 e 70%. Amostras do material nas condiÃÃes laminado a frio, parcialmente recristalizadas a 580, 585, 590, 595, 600, 605, 610, 615 e 620ÂC e recozidas a 730ÂC por 12 horas (recozimento em caixa) foram analisadas quanto à microestrutura, textura cristalogrÃfica e perdas magnÃticas por histerese. O material tambÃm foi submetido a tratamentos tÃrmicos para crescimento de grÃo e estes tambÃm foram avaliados com respeito à microestrutura e a textura cristalogrÃfica. Os resultados mostraram o inÃcio da recristalizaÃÃo primÃria nas condiÃÃes parcialmente recristalizadas e os tratamentos tÃrmicos para crescimento de grÃo provocaram a ocorrÃncia de recristalizaÃÃo secundÃria. A textura cristalogrÃfica foi modificada pelas condiÃÃes parcialmente recristalizadas, pelo recozimento em caixa e pela recristalizaÃÃo secundÃria. Quanto Ãs perdas magnÃticas por histerese, o recozimento em caixa promoveu uma diminuiÃÃo destas. / Non-oriented electrical steels are widely used in the manufacture of cores for electric motors being the performance of this equipment affected by the presence of crystallographic texture in these materials. In other hand, the grain size considerably affects the magnetic losses. The crystallographic texture and grain size are greatly influenced by the annealing process performed after cold rolling of these steels. Annealing promotes recrystallization in the microstructure of the material which is closely related with the crystallographic texture. The objective of this study is to evaluate the influence of recrystallization on the evolution of crystallographic texture and hysteresis magnetic losses by in non-oriented grain electrical steel with 1.28% Si that was cold rolled with reductions of 50 and 70% in an industrial plant. Samples of the material in the conditions cold rolled and partially recrystallized at 580, 585, 590, 595, 600, 605, 610, 615 and 620ÂC and annealed at 730ÂC for 12 hours (box annealing) were analyzed in the aspects of microstructure, crystallographic texture and magnetic hysteresis losses. The material was also subjected to heat treatment for grain growth and they were also evaluated with respect to the microstructure and crystallographic texture. The results showed the evolution of primary recrystallization and also the microstructure and texture when the material is subjected to final heat treatment that promotes grain growth and secondary recrystallization. The crystallographic texture has changed in the process of primary recrystallization occurred during box annealing and also in the process of secondary recrystallization after heat treatment simulating the final processing of the material. The evaluation of hysteresis magnetic losses showed that the box annealing promoted a reduction of these.

O desenvolvimento de motores e equipamentos elétricos de alta eficiência energética tem representado um desafio para o desenvolvimento tecnológico. Além da criação de novos materiais, a busca pela melhoria nas propriedades daqueles já existentes surge como uma rota para otimização energética de motores elétricos. É nesse contexto que nos últimos anos as pesquisas em aços para aplicações magné-ticas, os aços elétricos, foram retomadas buscando novas rotas e processos de fa-bricação desses materiais aliando a redução de custos com a otimização das propri-edades do material. Com o aumento da produção surge a necessidade de desenvol-ver-se formas de inspeção para o controle de qualidade desses materiais que forne-çam resposta rápida e de baixo custo. Assim, surge como alternativa os métodos eletromagnéticos como ferramenta de inspeção por ensaios não destrutivos. Neste trabalho, buscou-se a otimização das propriedades de aços elétricos variando sua composição química e microestrutura, com o objetivo de estudar a influência nas propriedades magnéticas e, então, a aplicação dos métodos micromagnéticos para a inspeção da microestrutura do material com foco na criação de um método de inspe-ção para controle de qualidade que permita sua implementação durante o processo produtivo, sem a necessidade de extração de material para a detecção de defeitos e, dessa forma, foi possível verificar a viabilidade da ferramenta para esse fim. / The development of highly efficient electrical devices and engines comes up as a challenge for technological development. Summed up to new materials devel-opment, the improvement of material’s properties rises as a route for optimization of electrical machines. In this context, in the last years the researches on electrical steels have been focused on finding new manufacturing routes focused on cost re-duction and achievement of better magnetic properties, in order to waste less energy during work. Increases in steel volume production lead to a need to finding Low cost methods which supply fast results , for quality control and assurance for these mate-rials.. Electromagnetic methods show up as nondestructive tool for this purpose. In this work, several non-oriented electrical steel were prepared , with various micro-structural conditions which caused varying magnetic properties among the samples; micromagnetic methods were used as a tool for non-destructive evaluation of their microstructure and magnetic properties. The inspection aimed at building a model for in-production line quality assurance of this sort of material.

O desenvolvimento de motores e equipamentos elétricos de alta eficiência energética tem representado um desafio para o desenvolvimento tecnológico. Além da criação de novos materiais, a busca pela melhoria nas propriedades daqueles já existentes surge como uma rota para otimização energética de motores elétricos. É nesse contexto que nos últimos anos as pesquisas em aços para aplicações magné-ticas, os aços elétricos, foram retomadas buscando novas rotas e processos de fa-bricação desses materiais aliando a redução de custos com a otimização das propri-edades do material. Com o aumento da produção surge a necessidade de desenvol-ver-se formas de inspeção para o controle de qualidade desses materiais que forne-çam resposta rápida e de baixo custo. Assim, surge como alternativa os métodos eletromagnéticos como ferramenta de inspeção por ensaios não destrutivos. Neste trabalho, buscou-se a otimização das propriedades de aços elétricos variando sua composição química e microestrutura, com o objetivo de estudar a influência nas propriedades magnéticas e, então, a aplicação dos métodos micromagnéticos para a inspeção da microestrutura do material com foco na criação de um método de inspe-ção para controle de qualidade que permita sua implementação durante o processo produtivo, sem a necessidade de extração de material para a detecção de defeitos e, dessa forma, foi possível verificar a viabilidade da ferramenta para esse fim. / The development of highly efficient electrical devices and engines comes up as a challenge for technological development. Summed up to new materials devel-opment, the improvement of material’s properties rises as a route for optimization of electrical machines. In this context, in the last years the researches on electrical steels have been focused on finding new manufacturing routes focused on cost re-duction and achievement of better magnetic properties, in order to waste less energy during work. Increases in steel volume production lead to a need to finding Low cost methods which supply fast results , for quality control and assurance for these mate-rials.. Electromagnetic methods show up as nondestructive tool for this purpose. In this work, several non-oriented electrical steel were prepared , with various micro-structural conditions which caused varying magnetic properties among the samples; micromagnetic methods were used as a tool for non-destructive evaluation of their microstructure and magnetic properties. The inspection aimed at building a model for in-production line quality assurance of this sort of material.

O desenvolvimento de motores e equipamentos elétricos de alta eficiência energética tem representado um desafio para o desenvolvimento tecnológico. Além da criação de novos materiais, a busca pela melhoria nas propriedades daqueles já existentes surge como uma rota para otimização energética de motores elétricos. É nesse contexto que nos últimos anos as pesquisas em aços para aplicações magné-ticas, os aços elétricos, foram retomadas buscando novas rotas e processos de fa-bricação desses materiais aliando a redução de custos com a otimização das propri-edades do material. Com o aumento da produção surge a necessidade de desenvol-ver-se formas de inspeção para o controle de qualidade desses materiais que forne-çam resposta rápida e de baixo custo. Assim, surge como alternativa os métodos eletromagnéticos como ferramenta de inspeção por ensaios não destrutivos. Neste trabalho, buscou-se a otimização das propriedades de aços elétricos variando sua composição química e microestrutura, com o objetivo de estudar a influência nas propriedades magnéticas e, então, a aplicação dos métodos micromagnéticos para a inspeção da microestrutura do material com foco na criação de um método de inspe-ção para controle de qualidade que permita sua implementação durante o processo produtivo, sem a necessidade de extração de material para a detecção de defeitos e, dessa forma, foi possível verificar a viabilidade da ferramenta para esse fim. / The development of highly efficient electrical devices and engines comes up as a challenge for technological development. Summed up to new materials devel-opment, the improvement of material’s properties rises as a route for optimization of electrical machines. In this context, in the last years the researches on electrical steels have been focused on finding new manufacturing routes focused on cost re-duction and achievement of better magnetic properties, in order to waste less energy during work. Increases in steel volume production lead to a need to finding Low cost methods which supply fast results , for quality control and assurance for these mate-rials.. Electromagnetic methods show up as nondestructive tool for this purpose. In this work, several non-oriented electrical steel were prepared , with various micro-structural conditions which caused varying magnetic properties among the samples; micromagnetic methods were used as a tool for non-destructive evaluation of their microstructure and magnetic properties. The inspection aimed at building a model for in-production line quality assurance of this sort of material.

Le transformateur est aujourd’hui l’un des convertisseurs statiques les plus utilisé notamment dans la distribution électrique. Les tôles magnétiques servant à la construction de leurs circuits magnétiques sont devenues de plus en plus performantes permettant une réduction des pertes produites. Néanmoins, les tests normalisés permettant de caractériser les tôles magnétiques ne reflètent pas totalement le comportement énergétique du transformateur. De plus, une autre problématique a gagné en importance durant ces dernières années : le bruit acoustique émis. Malheureusement, il n’y pas encore de lien entre la qualité de la tôle à grains orientés choisie pour construire le circuit magnétique et le bruit acoustiques que va produire celui-ci. L’objectif de cette thèse est de répondre à cette double problématique à partir de tests simplifiés. En effet, de nombreux dispositifs expérimentaux et méthodologies ont été développés tels que la méthode des trois cadres, permettant d’étudier la répartition des pertes fer dans le transformateur, les circuits magnétiques décalés, permettant d’étudier les phénomènes à l’origine des bruit acoustique, et des modèles de transformateurs monophasés et triphasés. De plus, des simulations numériques ont été effectuées afin d’approfondir nos analyses des résultats expérimentaux. L’étude des dispositifs ont permis de mettre en évidence trois paramètres relatifs à la qualité des tôles magnétiques, entrainant des différences de répartition d’induction set donc des différences de répartition de pertes fer, d’une part, et de bruit acoustique dans les transformateurs, d’autre part. / The transformer is now a static converter most notably used in electrical distribution. The electrical steel sheet used in the construction of their magnetic circuits have become more efficient to reduce losses occurred. However, standardized tests to characterize the electromagnetic steel do not fully reflect the energy behavior of the transformer. In addition, another issue has gained importance in recent years: the acoustic noise. Unfortunately, there is no link between the quality of grain oriented steel selected to construct the magnetic circuit and acoustic noise that will produce it. The objective of this thesis is to answer this dual problem from simplified test. Indeed, many experimental devices and methodologies have been developed such as the method of three frames, to study the distribution of core losses in the transformer, the magnetic circuits shifted, to study phenomena at the origin of acoustic noise, and models of single and three phase transformers. In addition, numerical simulations were performed to deepen our analysis of the experimental results. The study of the devices have allowed to identify three parameters relating to the quality of grain oriented electrical steel, resulting from differences in the distribution of the flux density and therefore, first, the differences in distribution of core loss and, hand, acoustic noise in transformers.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de l'analyse et la modélisation de la distribution du champ magnétique dans les machines électriques à circuit magnétique feuilleté avec des tôles à grains orientés. L'anisotropie des tôles magnétiques des transformateurs induit des phénomènes 3D complexes au niveau des joints magnétiques où les tôles se chevauchent. Concernant l'augmentation de l'efficacité énergétique des machines tournantes, de nouvelles structures à base de tôles à grains orientés font leur apparition. Néanmoins, simuler finement en 3D un paquet de tôles minces recouvertes d'un isolant de quelques microns d'épaisseur conduit à des temps de calculs très importants.Dans cette optique, nous présentons une méthode d'homogénéisation dont le but est de définir les caractéristiques magnétiques équivalentes d'un empilement quelconque de tôles et d'entrefers. Sa formulation est basée sur la minimisation de l'énergie et la conservation du flux magnétique. Les résultats de cette méthode appliquée à un joint magnétique de transformateur à joints step-lap sont confrontés à des mesures expérimentales et à un modèle élément fini 3D. Ce dernier requiert de connaître les caractéristiques magnétiques des tôles dans les directions de laminage, transverse et normale. La détermination de la perméabilité des tôles dans la direction normale est problématique et constitue un point original de notre étude. Deux méthodes, analytique et numérique, s'appuient sur les mesuresd'un banc de caractérisation en régime statique pour déterminer cette perméabilité normale. / This thesis focuses on the analysis and the modeling the magnetic flux distribution in electrical machines with anisotropic laminated magnetic circuit. The anisotropy of magnetic sheets in transformers induces complex 3D phenomena in step-lap magnetic joints where the sheets are overlapped. Moreover, in order to increase the energy efficiency of rotating machines, new structures based on grain-oriented electrical steel are developed.However, an accurate 3D simulation of a laminated core with thin sheets and insulation of a few microns leads to very large computation time. In this context, we present a homogenization method, which purpose is to define the equivalent magnetic characteristics of any laminated core made of sheets and air gaps. Its formulation is based on the energy minimization and the magnetic flux conservation. The results of this method applied to a step-lap magnetic joint are compared with experimental measurements and a 3D finite element model. The latter requires to know the magnetic characteristics of the sheets in the rolling, transverse and normal directions. The determination of the sheets permeability in the normal direction is problematic and it constitutes an original point of our study.Two methods, analytical and numerical, based on measurements obtained with a static characterization bench makes possible the determination of the normale permeability.

Les bobinages des machines électriques tournantes actuelles sont, pour la plupart, isolés avec des matériaux issus de la chimie organique. La limite en température des bobinages actuels se situe au-dessous de 240°C. L’augmentation significative de la température de fonctionnement d’une machine permettrait d’envisager, indirectement, une augmentation de la densité de courant dans les conducteurs actifs. Dans ces conditions, ces nouvelles machines peuvent présenter une puissance, tant massique que volumétrique, supérieures à celles exploitées actuellement. De plus, les matériaux magnétiques permettent vraisemblablement de fonctionner jusqu’à 800°C. La limite technologique actuelle pour les machines est clairement l’isolant des conducteurs électriques. Ce sujet de thèse propose de définir une approche théorique couplée à des validations expérimentales pour définir les matériaux les mieux adaptés aux machines hautes températures en termes de mise en œuvre et de performances électriques. La conception, repensée autour du bobinage, sera concrétisée par le calcul d’une machine asynchrone à haute température (400°C au cœur du bobinage). Le bobinage devra être placé au cœur de la démarche de conception des machines en adaptant les formes et les propriétés des circuits magnétiques aux caractéristiques des nouvelles bobines. / The windings that are currently used in electrical machines are mostly insulated based on organic insulation. The temperature limit of these windings is up to 240°C. Increasing the working temperature of electrical motors means, indirectly the increasing of current density on the main conductors. Therefore these new motors may provide a higher mass and volume power as classical machines. Furthermore, the magnetic materials can work up to 800 °C. Indeed, in reality technical limit today is the wire insulation. The objective of thesis is to define a theoretical approach combined with experimental validations for identify the appropriate electrical materials used on high-temperature electrical machines. Design is fixed around the winding, that will implemented by calculating a high-temperature asynchronous machine (400°C of windings). The windings are placed as the base of machine design and will determine the geometrical shape and properties of magnetic core.