Vibrateurs électrodynamiques
PRINCIPE
Le principe est d'utiliser l'interaction d'un courant électrique et d'un champ magnétique pour générer une force.
La force de Laplace est une force qui s'exerce sur un fil conducteur de longueur l dans lequel passe un courant électrique i, placé dans un champ magnétique B.
La force résultante, pour un fil rectiligne de longueur l vaut : F = B i l
Elle est perpendiculaire à la fois au courant i et au vecteur induction B.
Le fil est enroulé sur un cylindre, constituant la bobine mobile, qui supporte le matériel en essai.
DIFFERENTS TYPES
Aimant permanent : jusqu'à 500 N environ
Les équipements les plus modernes utilisent de puissants aimants à base de terres rares, afin de réduire la masse du vibrateur.
Une petite turbine est souvent associée pour le refroidissement.
Refroidissement par air : 500 N à 60 kN environ
Le champ magnétique est créé par un ou plusieurs électro-aimants (bobine(s) de champ) et le vibrateur est refroidi par le flux d'air d'une turbine centrifuge. La force nominale est comprise entre de 500 N et à 60 kN environ, selon la taille des modèles.
Dans un système d'essai aux vibration, pratiquement toute la puissance consommée finit par se transformer en chaleur, dans les bobines, dans le circuit magnétique, dans les suspensions, dans le spécimen en essai. En pratique, il faut dissiper environ 1 W par N fourni et il est nécessaire d'évacuer le chaleur du local d'essai et de maintenir la température des éléments du système à une valeur raisonnable. Jusqu'à 60 kN environ, les vibrateurs sont refroidis par l'air ambiant aspiré par une turbine centrifuge avec un débit important (de l'ordre de 1 m3/s pour les gros modèles).
L'air extrait du système est en général rejeté à l'extérieur et il faut prévoir une arrivée conséquente d'air frais dans le local (extérieur ou climatisation).
Refroidissement par eau : 40 kN à 300 kN environ
A partir de 40 kN, on trouve des vibrateurs refroidis par un circuit d'eau (ou d'huile dans de très anciens modèles). Le pouvoir caloporteur de l'eau est beaucoup plus élevé que celui de l'air et autorise une meilleure extraction de la chaleur produite.
En outre, le refroidissement par eau apporte les avantages d'un fonctionnement silencieux et de l'utilisation possible en salle blanche ou en dépression.
La contre-partie est un coût d'achat et d'entretien plus élevé que pour un système à air.
NORMALISATION
Les normes de spécifications indiquent les caractéristiques et les seuils de performance des moyens d'essais :
NF E 90-210 : Moyens d'essais électrodynamiques utilisés pour la génération des vibrations - Méthode de description des caractéristiques
CARACTERISTIQUES ESSENTIELLES
Force nominale
Elle est exprimée en newtons crête pour une force sinusoïdale
Force maximale en aléatoire
Elle est exprimée en newtons efficace pour un profil de densité spectrale d'accélération selon ISO 5344. Attention, pour les profils basse fréquence, le force disponible peut être inférieure à la valeur nominale.
Force maximale en choc
Elle est exprimée en newtons crête
Déplacement maximal
En mm crête-à-crête. La valeur spécifiée peut être différente, selon le type de signal (régime établi ou transitoire).
Vitesse maximale
En m/s crête, elle est spécifiée pour chaque type d'essai : sinus, aléatoire et choc. Elle est également liée aux performances de l'amplificateur.
Accélération maximale
En g ou en m/s², à vide, spécifiée en sinus, en aléatoire et en choc (elle dépend principalement de la masse de l'équipage mobile).
Fréquence minimale
En Hz, elle dépend de l'amplificateur (couplage continu ou non) et, en pratique, du mode de suspension du vibrateur
Fréquence maximale
En Hz, elle dépend de la fréquence de résonance de la bobine mobile. En pratique, elle sera aussi limitée par les caractéristiques de l'outillage de fixation du spécimen.
Charge maximale
En kg, elle dépend de la raideur de la suspension de la bobine pour les plus petits modèles, et du dispositif de compensation de charge à air comprimé pour les autres.