Dimensionnement optimal de machines synchrones pour des applications de véhicules hybrides PDF Download
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Author: Sulivan Küttler
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Languages : fr
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Book Description
Les travaux de recherche présentés dans ce document portent sur le dimensionnement de machines synchrones pour des applications de véhicules hybrides. L'utilisation de la machine électrique au sein du véhicule hybride est caractérisée par des appels de puissance de courtes durées. Cette thèse propose donc une stratégie de dimensionnement permettant de minimiser considérablement le volume de l'actionneur par la prise en compte des limites thermiques réelles lors du cycle de conduite. La stratégie de dimensionnement est composée de deux étapes. La première étape est l'optimisation du dimensionnement de l'actionneur a partir des points de fonctionnement du cycle. Nous autorisons des niveaux d'induction dans le fer élevés et des niveaux de densité de courant dans les conducteurs dépassant les niveaux habituellement autorises pour un fonctionnement en régime permanent thermique. Ces deux points ont un impact réel sur le volume de la machine. Cela-dit, a ce stade, la thermique de la machine n'est prise en compte qu'indirectement en fixant une densité decourant dans les conducteurs. La seconde étape permet alors de vérifier la thermique par une simulation sur cycle pour ensuite réajuster si besoin la densité de courant et reprendre la première étape d'optimisation de la machine. Des modèles adaptes au processus d'optimisation ont alors été mis en place et offrent un bon compromis entre le temps de calcul et la précision requise. Par conséquent, un modèle magnétique prenant en compte la saturation croisée dans la machine utilisant la méthode nodale a été développé ; un modèle permettant une meilleure prise en compte des pertes fer notamment dans le zone de défluxage a également été développé ainsi qu'un modèle thermique en transitoire utilisant également la méthode nodale. Le modèle thermique étant la clé de la stratégie de dimensionnement, une grande attention y a été portée. Ce modèle permet de prendre en compte la direction des flux dans les trois dimensions et fournit de bonnes estimations des températures dans la machine notamment aux endroits les plus chauds comme les encoches et lestêtes de bobines. Ces résultats ont été corrobores par des essais expérimentaux réalisés dans les bancs IFPEN sur une machine spécialement instrumentée en thermocouples. Cela a permis de valider le comportement thermique en régime permanent thermique et en régime transitoire thermique. Ces modèles ont ensuite été implantes dans une modélisation multi-physique pour l'outil d'optimisation et pour l'outil de simulation. Une étude de cas a été présentée pour un véhiculehybride Kangoo ou la machine doit pouvoir assurer son fonctionnement pour un cycle Artemis urbain. Les résultats de la stratégie de dimensionnement permettent alors de conclure que sur cycle, le volume extérieur des parties actives de la machine électrique peut-être réduit de 40 % par rapport a un dimensionnement établi par les règles de l'art en régime permanent. De plus, la réduction du volume de fer dans la machine induit également une réduction des pertes fer ce qui nous permet de conclure que, toujours sur cycle, son rendement moyen reste élevé.
Author: Sulivan Küttler
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Les travaux de recherche présentés dans ce document portent sur le dimensionnement de machines synchrones pour des applications de véhicules hybrides. L'utilisation de la machine électrique au sein du véhicule hybride est caractérisée par des appels de puissance de courtes durées. Cette thèse propose donc une stratégie de dimensionnement permettant de minimiser considérablement le volume de l'actionneur par la prise en compte des limites thermiques réelles lors du cycle de conduite. La stratégie de dimensionnement est composée de deux étapes. La première étape est l'optimisation du dimensionnement de l'actionneur a partir des points de fonctionnement du cycle. Nous autorisons des niveaux d'induction dans le fer élevés et des niveaux de densité de courant dans les conducteurs dépassant les niveaux habituellement autorises pour un fonctionnement en régime permanent thermique. Ces deux points ont un impact réel sur le volume de la machine. Cela-dit, a ce stade, la thermique de la machine n'est prise en compte qu'indirectement en fixant une densité decourant dans les conducteurs. La seconde étape permet alors de vérifier la thermique par une simulation sur cycle pour ensuite réajuster si besoin la densité de courant et reprendre la première étape d'optimisation de la machine. Des modèles adaptes au processus d'optimisation ont alors été mis en place et offrent un bon compromis entre le temps de calcul et la précision requise. Par conséquent, un modèle magnétique prenant en compte la saturation croisée dans la machine utilisant la méthode nodale a été développé ; un modèle permettant une meilleure prise en compte des pertes fer notamment dans le zone de défluxage a également été développé ainsi qu'un modèle thermique en transitoire utilisant également la méthode nodale. Le modèle thermique étant la clé de la stratégie de dimensionnement, une grande attention y a été portée. Ce modèle permet de prendre en compte la direction des flux dans les trois dimensions et fournit de bonnes estimations des températures dans la machine notamment aux endroits les plus chauds comme les encoches et lestêtes de bobines. Ces résultats ont été corrobores par des essais expérimentaux réalisés dans les bancs IFPEN sur une machine spécialement instrumentée en thermocouples. Cela a permis de valider le comportement thermique en régime permanent thermique et en régime transitoire thermique. Ces modèles ont ensuite été implantes dans une modélisation multi-physique pour l'outil d'optimisation et pour l'outil de simulation. Une étude de cas a été présentée pour un véhiculehybride Kangoo ou la machine doit pouvoir assurer son fonctionnement pour un cycle Artemis urbain. Les résultats de la stratégie de dimensionnement permettent alors de conclure que sur cycle, le volume extérieur des parties actives de la machine électrique peut-être réduit de 40 % par rapport a un dimensionnement établi par les règles de l'art en régime permanent. De plus, la réduction du volume de fer dans la machine induit également une réduction des pertes fer ce qui nous permet de conclure que, toujours sur cycle, son rendement moyen reste élevé.
Author: Daanoune Abdeljalil
Publisher: Presses Academiques Francophones
ISBN: 9783838178479
Category :
Languages : fr
Pages : 176
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Dans un contexte ou la question de la preservation de l'environnement est devenue un sujet societal majeur, la recherche de nouvelles technologies pour remplacer la voiture a essence constitue un veritable enjeu industriel. Les vehicules hybrides et electriques sont une alternative prometteuse aux vehicules conventionnels. Ce travail porte sur la conception et l'optimisation des machines electriques pour la motorisation de ces voitures. Au cours de ces travaux, nous avons developpe une nouvelle methodologie de dimensionnement et d'optimisation des machines synchrones a double excitation. L'interet de cette methode est son bon compromis entre la precision et le temps de calcul et sa capacite d'adaptation a plusieurs types de machines. Le second volet de ce livre est consacre a la proposition d'une nouvelle structure de machine synchrone a rotor bobine. Une technique originale de compensation de la reaction magnetique d'induit est mise en place, elle consiste en l'insertion d'aimants secondaires permettant de creer un flux dans l'axe q de la machine. Ce dernier a pour role d'affaiblir le flux de la reaction magnetique d'induit.
Author: Gareth Pugsley
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Languages : fr
Pages : 0
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Ce travail concerne l'étude des machines asynchrones à cage dans les applications de traction automobile, en particulier pour les véhicules hybrides. Nous avons développé des modèles et des méthodes utiles pour analyser et dimensionner de telles machines électriques. Nous avons tout d'abord mis au point un modèle électromagnétique non linéaire de la machine, déterminé à partir d'un nombre restreint de calculs "éléments finis". Ce modèle a ensuite été adapté pour réaliser des études de sensibilités sur quelques dimensions géométriques importantes. Ce modèle paramétrique a été utilisé pour l'optimisation sous contrainte des dimensions d'une machine. Pour cela, nous avons proposé une nouvelle méthode "d'optimisation à modèle recalé" qui concilie précision, rapidité et simplicité. Cette démarche a été appliquée au cas concret d'un dimensionnement de machine asynchrone avec un cahier des charges typique d'un véhicule hybride.
Author: Gareth Pugsley
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Languages : fr
Pages : 109
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Author: Abdeljalil Daanoune
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Languages : fr
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Dans un contexte ou la question de la préservation de l'environnement est devenue un sujet sociétal majeur, la recherche de nouvelles technologies pour remplacer la voiture à essence constitue un véritable enjeu industriel. Les véhicules hybrides et électriques sont une alternative prometteuse aux véhicules conventionnels. Ce travail de thèse porte sur la conception et l'optimisation des machines électriques pour la motorisation de ces voitures.Au cours de ces travaux, nous avons développé une nouvelle méthodologie de dimensionnement et d'optimisation des machines synchrones à double excitation. L'intérêt de cette méthode est son bon compromis entre la précision et le temps de calcul et sa capacité d'adaptation à plusieurs types de machines. Le second volet de la thèse est consacré à la proposition d'une nouvelle structure de machine synchrone à rotor bobiné. Une technique originale de compensation de la réaction magnétique d'induit est mise en place, elle consiste en l'insertion d'aimants secondaires permettant de créer un flux dans l'axe q de la machine. Ce dernier a pour rôle d'affaiblir le flux de la réaction magnétique d'induit.
Author: Radhouane Khlissa
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Languages : fr
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Ce mémoire est centré sur l'application de la technique d'optimisation de type Space Mapping dans le cadre du dimensionnement d'actionneurs électriques pris en compte par des modélisations multi-physiques. L'intérêt particulièrement recherché de ce type de méthode est la réduction potentiellement forte du coût du dimensionnement optimal. Cette volonté de réduction du coût de l'approche optimale s'explique par plusieurs considérations. En premier lieu, la modélisation des actionneurs tend à considérer de plus en plus de phénomènes physiques (tels que les phénomènes magnétiques, électriques, thermiques, mécaniques ...) afin de décrire au mieux les phénomènes observés et mesurés. En second lieu il devient alors nécessaire de tenir compte des couplages entre ces physiques afin de traduire au plus juste l'interdépendance de ces phénomènes. Dans ce cadre, un travail particulier a été réalisé concernant la prise en compte des aspects thermiques dans les machines électriques. C'est ainsi qu'un modèle thermique à constantes localisées d'une machine synchrone à aimants permanents a été construit. Pour valider les résultats de calcul et préciser la définition de certain de ses éléments, une démarche expérimentale a été réalisée. Tous ces points, traduits dans le plan numérique, haussent le coût de l'évaluation des performances des actionneurs, et donc celui de leurs dimensionnements. De là, l'utilisation des techniques d'optimisation basées sur des modèles substituts permet d'envisager des réductions significatives des coûts de dimensionnement. La technique de Space Mapping est utilisée dans ce travail comme solution pour trouver un compromis entre la qualité des solutions trouvées et le temps de calcul. Plus particulièrement, elle est utilisée pour résoudre un problème de dimensionnement optimal d'une machine synchrone à aimants permanents assurant la fonction de démarreur dans une application de véhicule hybride. L'approche d'optimisation par Space Mapping a été comparée à celle, plus classique, n'utilisant qu'une seule modélisation de l'actionneur à dimensionner, c'est-à-dire sans modèle substitut. Il est montré que les techniques de Space Mapping sont à même de trouver des solutions de dimensionnement similaires à celles issues d'une approche classique, mais de manière beaucoup plus efficace, i.e. en utilisant un nombre plus faible d'évaluations de la modélisation multi-physique de l'actionneur.
Author: Benjamin Daguse
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Languages : fr
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Les travaux menés au cours de cette thèse abordent les aspects de la conception optimale des machines électriques appliquées à la traction automobile.Cette thèse traite tout d'abord des contraintes imposées par le cahier des charges de l'application automobile électrique/hybride. Une méthode de classification ayant pour but de réduire le nombre d'évaluations des points de fonctionnement y est décrite. Ensuite, un prédimensionnement optimal de la machine est présenté. Le design de la machine est alors construit pour respecter la solution obtenue par le prédimensionnement.Dans la suite, une modélisation électromagnétique analytique précise et rapide de la machine est mise au point pour évaluer ses performances. Enfin, le modèle analytique précédemment conçu est couplé à une routine d'optimisation. Deux solutions optimales de machines synchrones à aimants permanents (MSAP) dédiées à l'application automobile seront finalement mises en exergue.
Author: Phi Hung Nguyen
Publisher: Editions Universitaires Europeennes
ISBN: 9783841788580
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Languages : de
Pages : 216
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Ce livre contribue a developper des modeles de couple, de defluxage, de pertes cuivre et de pertes magnetiques. Des methodes de calcul de ces pertes, a vide et en charge, ont ete appliquees pour les quatre MSAP dont trois machines a concentration de flux et une machine a aimants en surface, et ce pour trois cycles de fonctionnement: NEDC, Artemis-Urbain et Artemis-Routier. Une validation experimentale des modeles a ete effectuee sur un banc d'essai avec deux prototypes de MSAP. Ensuite, les MSAP ont ete dimensionnees en vue d'une minimisation des pertes sur cycle et du courant efficace du point de base. Cette combinaison a pour but d'augmenter le rendement de la machine electrique et de minimiser la dimension de l'onduleur de tension associe. Ce probleme d'optimisation multi-objectif a ete realise en utilisant l'algorithme genetique, Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). Ainsi, un Front de Pareto des solutions optimales peut etre deduit. Les impacts des modeles de pertes et leur interet sur l'optimisation sur cycle des machines sont presentes. Les modeles et methodes de calcul proposes peuvent etre appliques a tous les cycles de fonctionnement et a differentes MSAP.
Author: Leïla Nguimpi Langue
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
La propulsion hybride (thermique-électrique) constitue une solution pertinente dans la conception de véhicules consommant moins de 2 litres de carburant / 100 km. Néanmoins, ce type de motorisation se heurte à des niveaux de coûts trop élevés pour une large diffusion. Une des raisons de ces coûts importants se situe au niveau des aimants permanents de type terre-rare intégrant la constitution de la machine électrique, et dont le cours des prix est très instable, rendant ce type de machine difficilement compatible avec le marché visé. L'objectif de cette thèse est d'investiguer les structures de machines électriques sans aimant terre-rare et dont les performances massiques peuvent rester comparables à celles des machines à aimants permanents. La première partie des travaux correspond à une vaste étude bibliographique sur les différentes technologies de machines électriques, les différentes architectures et topologies existantes, les matériaux innovants et enfin les techniques et méthode d'analyse et d'optimisation. A la fin de cette phase, il est fait le choix d'étudier les machines synchro-réluctantes à barrières de flux. L'accent est alors mis sur le design de la géométrie du rotor, mais également sur l'impact des matériaux utilisés (matériaux magnétiques classiques ou innovants) sur les performances. La seconde partie de la thèse a pour objectif de mettre en œuvre une stratégie efficace afin de dimensionner de manière optimale l'architecture de la machine choisie. Le choix est fait d'aborder le problème de manière séquentielle : en premier lieu, une optimisation de la topologie seule en s'affranchissant de l'impact de la commande ; dans un deuxième temps, une optimisation de la commande de la géométrie optimisée avec tracé des cartographies de performances ; enfin, une évaluation des différents matériaux au travers de la comparaison de ces performances. Trois configurations de machines sont dimensionnées : une machine synchro-réluctante classique à air (SyRC), une machine synchro-réluctante assistée de d'aimants permanents de type ferrites (SyRA) et enfin une machine synchro-réluctante utilisant le matériau dit « Dual Phase » (SyRDP). Celui-ci présente théoriquement la caractéristique de pourvoir changer localement ses propriétés magnétiques (passage des propriétés magnétiques d'un acier vers celles amagnétiques de l'air dans le cas limite idéal) grâce à un traitement thermique particulier, tout en conservant ses propriétés mécaniques. Cette étude permet de conclure que la machine synchro-réluctante assistée de ferrites montre les meilleures aptitudes, tant pour ce qui est de la puissance crête que du défluxage potentiel. Cependant, la machine synchro-réluctante dans cette configuration est sur le plan mécanique plus fragile que la SyRC et la SyRDP. En effet, avec l'ajout des ferrites, les ponts fer (magnétiques) permettant d'assurer l'intégrité mécanique du rotor à vitesse élevée sont d'autant plus sollicités. En phase de conception, l'optimisation électromagnétique tend à les réduire car ce sont des courts-circuits magnétiques entrainant une réduction des performances, alors que les considérations mécaniques tendent plutôt à augmenter leur épaisseur. La troisième partie de cette thèse porte sur la prise en compte des contraintes mécaniques lors du dimensionnement électromagnétique du rotor. Etant donné que la modélisation et l'optimisation électromagnétiques sont basées sur des modèles éléments finis, et afin de ne pas alourdir davantage le dimensionnement, il est décidé de mettre en place un modèle analytique des contraintes mécaniques particulièrement critiques dans les ponts magnétiques. Les équations de calcul sont inspirées de la théorie des poutres et le modèle est recalibré grâce à des simulations éléments finis.
Author: Yacine Amara
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Languages : fr
Pages : 266
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Book Description
Les machines à double excitation sont des machines synchrones où coexistent deux circuits d'excitation, l'un à aimants permanents et l'autre bobiné. L'étude a montré que la double excitation permet d'allier les avantages des machines synchrones à inducteur bobiné à celles des machines à aimants permanents. Ce concept permet un meilleur dimensionnement de l'ensemble convertisseur-machine, et une meilleure gestion de l'énergie. Pour que les machines à aimants permanents puissent fonctionner sur une large plage de vitesse, il est nécessaire qu'elles aient une réaction magnétique d'induit du même ordre que le flux d'excitation. en contre partie, le facteur de puissance est plus faible et le convertisseur d'alimentation est surdimensionné. La double excitation permet aux machines à aimants permanents de fonctionner sur une large plage de vitesse, même si la réaction magnétique d'induit est relativement faible par rapport au flux d'excitation, tout en ayant un meilleur facteur de puissance...
