Analyse et modélisation du comportement thermique d'un moteur électrique soumis à des régimes de charge et de vitesse variables - application au moteur de traction d'un véhicule électrique PDF Download
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Author: Sophie Thieblin
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Languages : fr
Pages : 204
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Book Description
CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE DU COMPORTEMENT THERMIQUE DYNAMIQUE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE SYNCHRONE, A AIMANTS PERMANENTS, DESTINE A LA TRACTION D'UN VEHICULE ELECTRIQUE ET SOUMIS DE CE FAIT A DES REGIMES DE CHARGE ET DE VITESSE VARIABLES. UN MODELE NUMERIQUE NODAL A ETE ELABORE ET REPRESENTE LA TOTALITE DE LA MACHINE. IL A ETE VALIDE A PARTIR D'ESSAIS EXPERIMENTAUX ADAPTES ET ACQUIS SUR UN PROTOTYPE. IL A ALORS PERMIS DE QUANTIFIER LES ECHANGES THERMIQUES ET DE DEGAGER DES VOIES D'OPTIMISATION DU REFROIDISSEMENT DU MOTEUR POUR UNE UTILISATION SEVERE ET EGALEMENT DANS UNE CONFIGURATION CARACTERISTIQUE D'UN COMPORTEMENT ROUTIER QUOTIDIEN. UN DEUXIEME VOLET DE CETTE ETUDE CONCERNE L'ELABORATION D'UN DISPOSITIF DE CONTROLE THERMIQUE DES AIMANTS PERMANENTS, ZONE PARTICULIEREMENT CRITIQUE VIS A VIS DES ECHAUFFEMENTS ET INACCESSIBLE A LA MESURE DIRECTE. L'UTILISATION DE LA METHODE DE REDUCTION MATHEMATIQUE PROPOSEE PAR EITELBERG A PERMIS D'OBTENIR DES MODELES REDUITS D'ORDRE FAIBLE QUI RETRANSCRIVENT AVEC PRECISION LES EVOLUTIONS DYNAMIQUES DE LA TEMPERATURE DE CES AIMANTS. PAR AILLEURS, LES MODELES REDUITS DEVELOPPES NOUS ONT PERMIS D'ABORDER LA DETERMINATION DES DISSIPATIONS GENEREES AU SEIN DU MOTEUR LORS DE PREMIERS ESSAIS D'ECHAUFFEMENT. CELA CONSISTE EN LA RESOLUTION D'UN PROBLEME INVERSE REPOSANT SUR LES EQUATIONS DU MODELE REDUIT ET UTILISANT DES THERMOGRAMMES EXPERIMENTAUX.
Author: Sophie Thieblin
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Languages : fr
Pages : 204
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE DU COMPORTEMENT THERMIQUE DYNAMIQUE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE SYNCHRONE, A AIMANTS PERMANENTS, DESTINE A LA TRACTION D'UN VEHICULE ELECTRIQUE ET SOUMIS DE CE FAIT A DES REGIMES DE CHARGE ET DE VITESSE VARIABLES. UN MODELE NUMERIQUE NODAL A ETE ELABORE ET REPRESENTE LA TOTALITE DE LA MACHINE. IL A ETE VALIDE A PARTIR D'ESSAIS EXPERIMENTAUX ADAPTES ET ACQUIS SUR UN PROTOTYPE. IL A ALORS PERMIS DE QUANTIFIER LES ECHANGES THERMIQUES ET DE DEGAGER DES VOIES D'OPTIMISATION DU REFROIDISSEMENT DU MOTEUR POUR UNE UTILISATION SEVERE ET EGALEMENT DANS UNE CONFIGURATION CARACTERISTIQUE D'UN COMPORTEMENT ROUTIER QUOTIDIEN. UN DEUXIEME VOLET DE CETTE ETUDE CONCERNE L'ELABORATION D'UN DISPOSITIF DE CONTROLE THERMIQUE DES AIMANTS PERMANENTS, ZONE PARTICULIEREMENT CRITIQUE VIS A VIS DES ECHAUFFEMENTS ET INACCESSIBLE A LA MESURE DIRECTE. L'UTILISATION DE LA METHODE DE REDUCTION MATHEMATIQUE PROPOSEE PAR EITELBERG A PERMIS D'OBTENIR DES MODELES REDUITS D'ORDRE FAIBLE QUI RETRANSCRIVENT AVEC PRECISION LES EVOLUTIONS DYNAMIQUES DE LA TEMPERATURE DE CES AIMANTS. PAR AILLEURS, LES MODELES REDUITS DEVELOPPES NOUS ONT PERMIS D'ABORDER LA DETERMINATION DES DISSIPATIONS GENEREES AU SEIN DU MOTEUR LORS DE PREMIERS ESSAIS D'ECHAUFFEMENT. CELA CONSISTE EN LA RESOLUTION D'UN PROBLEME INVERSE REPOSANT SUR LES EQUATIONS DU MODELE REDUIT ET UTILISANT DES THERMOGRAMMES EXPERIMENTAUX.
Author: Philippe Recouvreur
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Languages : fr
Pages : 58
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Book Description
L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE MONTRER LA FAISABILITE D'UN BILAN THERMIQUE D'UN COMPARTIMENT MOTEUR DONNE. POUR CELA, NOUS METTONS AU POINT UNE METHODE ORIGINALE PERMETTANT D'APPREHENDER CETTE ENCEINTE DANS SA GLOBALITE. DANS CETTE APPROCHE, LE SOUS-CAPOT EST PERCU COMME UN ASSEMBLAGE D'ELEMENTS SIMPLES INTERCONNECTES. NOS RECHERCHES S'ORIENTENT SUR UN VEHICULE DE TYPE MEGANE EQUIPE D'UN MOTEUR DIESEL A INJECTION DIRECTE, MAIS LA MODELISATION EST SUFFISAMMENT GENERIQUE POUR S'ADAPTER A TOUS TYPES DE VEHICULE EQUIPES DE TOUS TYPES DE MOTORISATION. POUR COMPRENDRE LES MECANISMES DE TRANSFERT DE CHALEUR, NOUS MODELISONS CHAQUE COMPOSANT PAR UNE METHODE NODALE. NOUS METTONS AINSI EN EVIDENCE QUATRE SOUS-SYSTEMES PRINCIPAUX : LA BOUCLE DES GAZ, LE CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT, L'ECOULEMENT D'AIR DANS LE COMPARTIMENT MOTEUR, LE BILAN RADIATIF ET ETUDIONS LEURS INTERACTIONS. UNE ETUDE DE SENSIBILITE NOUS PERMET DE MESURER LE DEGRE DE CONFIANCE A ACCORDER AUX SIMULATIONS. LE CODE DE CALCUL EST ENSUITE VALIDE SUR TROIS POINTS DE FONCTIONNEMENT PERMETTANT LE DIMENSIONNEMENT (REGIME STABILISE). UN ENSEMBLE D'EXEMPLES NOUS MONTRE L'UTILITE DE CE LOGICIEL POUR DES APPLICATIONS FUTURES.
Author: Hervé Duval
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Languages : fr
Pages : 307
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AUJOURD'HUI, ON PREVOIT UN ACCROISSEMENT DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE INSTALLEE SUR LES VEHICULES, CONDUISANT A AUGMENTER LA COMPLEXITE DES RESEAUX ELECTRIQUES. NOUS AVONS CONSTRUIT UN LOGICIEL PERMETTANT DE SIMULER TOUTE ARCHITECTURE ELECTRIQUE. NOUS MODELISONS LE COMPORTEMENT DES COMPOSANTS ELECTRIQUES ET MECANIQUES SOUS LA FORME DE BOITES NOIRES INDEPENDANTES. LES PARAMETRES EXTERIEURS (TEMPERATURE, REGIME MOTEUR, CYCLE DE FONCTIONNEMENT D'UN ORGANE,) SONT DES DONNEES DEDIEES A L'APPLICATION ; ON OBTIENT AINSI UNE IMAGE TEMPORELLE DES COURANTS ET TENSIONS S'ETABLISSANT DANS LE RESEAU. NOUS PRESENTONS DANS CETTE THESE LA MODELISATION DES COMPOSANTS DU CIRCUIT DE CHARGE (BATTERIE, ALTERNATEUR, REGULATEUR) ET DU DEMARREUR. LE MODELE BATTERIE REPOSE SUR LA DETERMINATION DU COMPORTEMENT ELECTRIQUE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE, DES AMPERE-HEURES DECHARGES, DU COURANT ET DE L'ETAT DE CHARGE, CE DERNIER EST CALCULE A PARTIR DE LA QUANTITE D'AMPERE-HEURES DEBITES ET DES CAPACITES EN REGIME PERMANENT, LE COMPORTEMENT ELECTRIQUE DE L'ALTERNATEUR EST DETERMINE A PARTIR DE DONNEES INTRINSEQUES ET DE COURBES (DEBIT PLEIN CHAMP ET FORCE ELECTROMOTRICE A VIDE). LE REGULATEUR REGLE LE COURANT D'EXCITATION EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DE LA TENSION ; IL EST COMMANDE ENTRE DEUX SEUILS DE TENSION. ON MODELISE LE DEMARREUR A PARTIR D'UN RESEAU DE CARACTERISTIQUES ; IL EST CONNECTE A UN MODELE DE MOTEUR THERMIQUE (NON DEVELOPPE ICI). COMPTE-TENU DE LA DYNAMIQUE DU SYSTEME, LES AUTRES ORGANES ELECTRIQUES SONT MODELISES ESSENTIELLEMENT PAR DES RESISTANCES
Author: Mickaël Cormerais
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Languages : fr
Pages : 245
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Dans le domaine de la propulsion automobile, la prise en compte des problèmes environnementaux (diminution des rejets des gaz à effets de serre), ainsi que la raréfaction des carburants fossiles ont contribué à redonner de l'importance à la baisse de la consommation. Une voie possible pour atteindre cet objectif est d'augmenter la puissance spécifique du moteur à régime constant ("Down-sizing"). La diminution du brio liée à l'augmentation du temps de réponse du moteur ("Time lag") due à l'utilisation de turbocompresseur à hauts taux de détente est actuellement un des verrous technologiques qui limitent le "Down-Sizing" des moteurs. Pour contrer cet aspect négatif, les constructeurs tentent d'adapter au mieux les turbocompresseurs aux moteurs en s'appuyant sur des codes de simulation d'un ensemble moteur complet. Une analyse des modèles inclus révèle que pour les turbocompresseurs, une interpolation dans les champs de fonctionnement des turbomachines est simplement utilisée. Dans ce cadre, la compression et la détente sont supposées adiabatiques. Cette hypothèse, dans le cas de moteurs fortement suralimentés est contredite par l'expérience, et les logiciels de simulation moteur deviennent alors imprécis pour certains points de fonctionnement. Dans ce contexte ce mémoire présente des méthodes innovantes afin de caractériser et de modéliser les transferts thermiques au sein d’un turbocompresseur et leur incidence sur le fonctionnement des moteurs à combustion interne. La démarche mise en oeuvre pour comprendre et analyser les phénomènes thermiques au sein d'un turbocompresseur se base sur une caractérisation expérimentale sur un banc d'essais turbocompresseur développé au laboratoire des puissances en jeu afin de modéliser par la suite les transferts thermiques principaux. Enfin cette démarche se termine par une étude de l'influence des transferts thermiques sur le fonctionnement d'un moteur à combustion interne en régime stabilisé et lors des phases transitoires.
Author: Robert Bernard (docteur en sciences pour l'ingénieur).)
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Languages : fr
Pages : 282
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Ce travail concerne le développement et la validation d'un modèle de simulation du comportement thermique tridimensionnel en régime permanent de petits moteurs électriques à courant continu, à aimants permanents et à collecteur. Trois moteurs, de très grande série, de différentes géométrie et puissance sont étudiésL Le logiciel est développé à partir du code de calculs par éléments finis FLUX3D. Toutes les structures intégrées sont totalement paramétrées sur le plan géométrique en vue d'une aide à la conception et à l'optimisation de topologies relativement voisines. L'équation de la chaleur modelise l'ensemble des transferts thermiques du moteur. Cela implique de recaler certains paramètres thermofluides par confrontation directe des températures simulées et expérimentales. Une séparation détaillée des différentes pertes est effectuée à l'aide d'un banc d'essais. Une méthode expérimentale associée à un modèle analytique de commutation est proposée pour estimer précisément les pertes générées aux contacts balais-collecteur. Un modèle numérique 2D de caractérisation de matériaux hétérogènes et anisotropes (bobinage) est établi. Un banc d'essais thermiques permet d'obtenir à l'aide de 40 thermocouples (chromel-alumel de 100 uM de diamètre), les températures au stator et au rotor. Une caméra de thermographie infrarouge donne les conditions aux limites de Dirichlet nécessaires à la modélisation. Les résultats expérimentaux et simulés sont analysés et confrontés. On détaille ensuite un modèle permettant de déterminer l'évolution des températures du moteur en fonction de la vitesse. De plus, une prise en compte de l'évolution de l'ambiante est réalisée au travers des conditions aux limites de Neumann non homogènes (H,e). L'avant dernier point traite de potentielles incertitudes de valeurs de paramètres (sources, conductivités) et de leur conséquence sur les températures finales simulées. Pour terminer, l'étude complète d'une quatrième machine de structure nouvelle (mais de topologie similaire) montre la validité de la méthode au travers d'une bonne convergence des températures statoriques simulées et expérimentales.
Author: Ismai͏̈l Hamini
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Languages : fr
Pages : 72
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Author: STEPHANIE.. SENNE
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Languages : fr
Pages : 224
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LE COMPARTIMENT MOTEUR EST DE PLUS EN PLUS ENCOMBRE, L'EVOLUTION DU STYLE TEND A REDUIRE LA LONGUEUR DU VEHICULE ET LES SOURCES DE CHALEUR SONT EN NOMBRE GRANDISSANT DANS UN ENVIRONNEMENT DONT LA VENTILATION EST TRES LIMITEE. AUSSI, DES PROBLEMES DE TENUE EN TEMPERATURE DES MATERIAUX OU DE DYSFONCTIONNEMENT DE CERTAINS COMPOSANTS SONT DE PLUS EN PLUS FREQUENTS. POUR LES PREVENIR, IL EST IMPERATIF DE POUVOIR ESTIMER LES TEMPERATURES ATTEINTES PAR LES DIFFERENTS ELEMENTS. ACTUELLEMENT, LE COMPORTEMENT THERMIQUE D'UN COMPARTIMENT MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE PEUT ETRE PARTIELLEMENT EVALUE DE DEUX FACONS : PAR LES ESSAIS ET PAR LES CALCULS TRIDIMENSIONNELS DETAILLES. OR, CHACUNE DE CES METHODES EST LONGUE ET COUTEUSE. LES BESOINS DES BUREAUX D'ETUDE FONT APPARAITRE LA NECESSITE D'UN OUTIL D'AIDE A LA CONCEPTION PERMETTANT D'OBTENIR LES TEMPERATURES DES COMPOSANTS CRITIQUES DU SOUS CAPOT DANS DES SCENARIOS THERMIQUES DONNES, DES TEMPS DE REPONSE RELATIVEMENT FAIBLES ET AVEC UNE PRECISION SUFFISANTE. CET OUTIL DOIT ETRE CAPABLE D'INTEGRER TOUS LES PHENOMENES THERMIQUES ET ETRE SUFFISAMMENT SOUPLE POUR ETRE UTILISE DANS LES DIFFERENTES CONFIGURATIONS GEOMETRIQUES ET THERMIQUES POSSIBLES. L'APPROCHE PROPOSEE EST FONDEE SUR L'ANALYSE FONCTIONNELLE ET THERMIQUE DU COMPARTIMENT MOTEUR, L'ADAPTATION DE MODELES SIMPLES ET L'UTILISATION DE DONNEES EXPERIMENTALES DISPONIBLES AU MOMENT DU DEVELOPPEMENT TELLES QUE LA REPARTITION DE PUISSANCE DE COMBUSTION DANS LES DIFFERENTS CIRCUITS. LE MODELE DE BILANS THERMIQUES DEVELOPPE S'APPUIE SUR LES PRINCIPES DES METHODES GLOBALES CLASSIQUES ASSOCIES A CEUX DE LA METHODE DU NOMBRE D'UNITES DE TRANSFERT POUR LES ECHANGEURS DE CHALEUR. L'ANALYSE THERMIQUE DU COMPARTIMENT MOTEUR MET EN EVIDENCE LES PHENOMENES ESSENTIELS DANS L'ETABLISSEMENT DE L'EQUILIBRE DES TEMPERATURES DES ELEMENTS ET, POUR CHAQUE ELEMENT, L'ENSEMBLE DES ECHANGES DE CHALEUR EST RECENSE. LES ELEMENTS INTERNES AU SOUS-CAPOT SONT AINSI STRUCTURES ET DES BILANS THERMIQUES LIES A LEUR FONCTIONNEMENT LEUR SONT ASSOCIES. LES CALCULS DES CHAMPS DE VITESSE ET DE TEMPERATURE SONT DECOUPLES. LE CHAMP DE VITESSE DE L'AIR EST OBTENU PAR LA MOYENNE D'UN CALCUL TRIDIMENSIONNEL DETAILLE EXISTANT OU PAR UN CALCUL REALISE SUR GEOMETRIE SIMPLIFIEE AVEC UN MAILLAGE GROSSIER. LE CALCUL DES ECHANGES RADIATIFS NECESSITE EGALEMENT UN PRE-TRAITEMENT : LES FACTEURS DE TRANSFERT SONT ESTIMES ENTRE LES FORMES SIMPLIFIEES DES ELEMENTS DU COMPARTIMENT MOTEUR. LES RESULTATS OBTENUS PAR LE LOGICIEL TSC (THERMIQUE SOUS CAPOT) SONT COMPARES, DE MANIERE SATISFAISANTE, AUX VALEURS NUMERIQUES MOYENNEES DE CALCULS FLUENT ET A DES MESURES EXPERIMENTALES, SUR PLUSIEURS CONFIGURATIONS DE VEHICULE.
Author: Pascal Mestre
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Languages : fr
Pages : 169
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Book Description
LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE CONSTITUE UNE CONTRIBUTION AU DEVELOPPEMENT D'UN SIMULATEUR DE VEHICULE ELECTRIQUE PERMETTANT D'ETUDIER LE DIMENSIONNEMENT DE SES COMPOSANTS ET LES STRATEGIES DE COMMANDE A TRAVERS UNE APPROCHE SYSTEME. LES MODELES DES COMPOSANTS DE LA CHAINE DE TRACTION SONT ASSOCIES AU SEIN DE L'ENVIRONNEMENT DE SIMULATION EASY V#T#M. LE SIMULATEUR ELABORE, EVSYS (ELECTRIC VEHICLE SYSTEM SIMULATOR), INTEGRE LES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES DU VEHICULE ELECTRIQUE, LE COMPORTEMENT ELECTROMECANIQUE DU GROUPE MOTOPROPULSEUR ASSOCIE A SON CONVERTISSEUR D'ALIMENTATION ET LA BATTERIE. LE TRAVAIL A CONSISTE A VALIDER CE SIMULATEUR EN EXPLOITANT UN VEHICULE ELECTRIQUE DE TYPE RENAULT EXPRESS A COURANT CONTINU COMME PLATE-FORME EXPERIMENTALE ET A EN ELARGIR LES POSSIBILITES EN COMPLETANT L'EVENTAIL DES COMPOSANTS DISPONIBLES AU NIVEAU DES MOTEURS ELECTRIQUES ET DES STRATEGIES DE COMMANDE, DE L'ELECTRONIQUE ET DES ELEMENTS DE STOCKAGE (MOTORISATIONS SYNCHRONES ET SUPERCONDENSATEURS). LE DIMENSIONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE ET DIFFERENTES STRATEGIES DE COMMANDE DES GROUPES MOTOPROPULSEURS SYNCHRONES A ROTOR BOBINE ET A AIMANTS PERMANENTS SONT ETUDIES ET COMPARES AU MOYEN DE SIMULATIONS DU SYSTEME PAR EVSYS ET LES CHOIX QUI AMELIORENT L'AUTONOMIE DU VEHICULE SONT DEGAGES. L'INTERET D'UNE STRATEGIE MINIMISANT LES PERTES TOTALES PAR EFFET JOULE EST DEGAGE POUR LES MACHINES BOBINEES. L'INFLUENCE DU CHOIX DE LA VITESSE NOMINALE, LIEE A L'ADAPTATION DU BOBINAGE DE LA MACHINE A LA TENSION D'ALIMENTATION, EST ETUDIEE. LE SIMULATEUR EST EGALEMENT ENRICHI ET EXPLOITE POUR ETUDIER L'INTERET D'UNE ARCHITECTURE MULTISOURCES UTILISANT DES SUPERCONDENSATEURS COMME SOURCE AUXILLIAIRE DE PUISSANCE. UNE ARCHITECTURE D'IMPLANTATION ET LE DIMENSIONNEMENT DE SUPERCONDENSATEURS SONT DEFINIS. LES PERFORMANCES SUIVANT DEUX STRATEGIES DE COMMANDE SONT ETUDIEES ET COMPAREES, METTANT EN EVIDENCE LA REDUCTION DES CONTRAINTES APPLIQUEES AUX BATTERIES DURANT LES REGIMES TRANSITOIRES ET LE GAIN EN AUTONOMIE APPORTE PAR LES SUPERCONDENSATEURS.
Author: Cédric Rouaud
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Languages : fr
Pages : 365
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Book Description
La diminution de la consommation et des émissions polluantes des moteurs thermiques justifie le développement des chaînes de traction hybride comportant un moteur électrique et des composants électroniques engendrant de nouvelles contraintes thermiques au sein du compartiment moteur. C'est pourquoi dans la première partie du mémoire, nous présentons les résultats d'essais d'un nouveau circuit de refroidissement commun à l'ensemble des organes de la chaîne de traction. Afin de développer de nouvelles lois de gestion énergétique entre les organes, la méthode nodale a été retenue pour tenir compte du comportement thermique des moteurs thermique et électrique, de l'électronique et du circuit de refroidissement. La deuxième partie présente une étude des performances thermohydrauliques de différentes méthodes de refroidissement de l'électronique ayant conduit au choix du refroidissement par jets multiples. Des essais ont permis une caractérisation fine de cette technique et une configuration optimale a été déterminée. La dernière partie synthétise les résultats de la modélisation thermique du véhicule en faisant appel à une nouvelle méthodologie de réduction de modèle appliquée au cas de l'électronique. Cette technique permet de diminuer le temps de calcul de la simulation thermique mais pourra, à terme, permettre un contrôle en temps réel des composants intégrés sur le véhicule hybride.
Author: Souhil Seghir-Ouali
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 193
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Book Description
Cette thèse s’intéresse au comportement thermique en régime permanent d’un moteur électrique destiné à la propulsion navale. Une modélisation tridimensionnelle de type nodal a été développée et a débouché sur la construction d’un outil numérique de prévision du comportement thermique du moteur. Compte tenu de l’intérêt qu’offre la région d’air de l’intérieur du rotor creux pour le refroidissement de la machine étudiée, une attention particulière est consacrée à l’identification expérimentale du coefficient d’échange au niveau de la paroi interne du rotor. Pour cela nous avons conçu un banc d’essais et développé une procédure pour identifier ce coefficient d’échange. Les résultats ont permis de mettre en évidence les domaines d’influence de l’écoulement axial et de la rotation du cylindre. Au terme de cette étude des corrélations adimensionnelles reliant le taux de transfert convectif aux paramètres aérodynamiques ont pu être proposées. Une étude paramétrique réalisée à l’aide de l’outil numérique a permis d’une part, d’évaluer l’influence de différents facteurs sur la distribution des températures, et d’autre part de dégager les premières voies d’optimisation thermique et de mise en place de techniques de refroidissement efficaces.
