CALCUL ET OPTIMISATION DES MACHINES HYBRIDES A DOUBLE EXCITATION AXIALE. DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DES AIMANTS PERMANENTS PDF Download
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Author: Amine Rabih
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CE TRAVAIL A ETE CONSACRE AU CALCUL DE CHAMP ET A L'OPTIMISATION D'UNE MACHINE A RELUCTANCE VARIABLE A DOUBLE EXCITATION AXIALE PAR UNE METHODE ANALYTIQUE ET UNE METHODE NUMERIQUE. POUR LES MACHINES A RELUCTANCE VARIABLE A DOUBLE DENTURE, LE CALCUL DE CHAMP PAR DES METHODES NUMERIQUES PRESENTE CERTAINS INCONVENIENTS, SURTOUT EN REGIME SATURE SI LES PROBLEMES SONT TRAITES EN 3-DIMENSIONS. IL EST DONC PREFERABLE DE RECOURIR A D'AUTRES METHODES SOUPLES, EFFICACES ET RAPIDES. NOTRE METHODE FAIT APPEL A CERTAINES APPROXIMATIONS SUR LA LONGUEUR DES LIGNES DE CHAMP DANS L'ENTREFER ET A LA THEORIE DES CIRCUITS MAGNETIQUES; ELLE PERMET DE CALCULER LE CHAMP, EN REGIME SATURE, EN TOUT POINT DANS LA MACHINE ET POUR TOUTES LES POSITIONS RELATIVES DES DENTS STATORIQUE ET ROTORIQUE. ELLE PERMET, DE PLUS, UNE OPTIMISATION AISEE DES MACHINES A DOUBLE DENTURE. UN CALCUL DE CHAMP PAR UNE METHODE NUMERIQUE DES DIFFERENCES FINIES (DIFIMEDI) AINSI QUE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX PERMETTENT DE CONFIRMER LA VALIDITE DE LA METHODE PROPOSEE. NOUS ETUDIONS LES MACHINES HYBRIDES DE POINT DE VUE ENERGETIQUE ET UTILISONS LE CONCEPT DE L'ENERGIE TRANSMISSIBLE DANS LE PLAN D'ENERGIE; CE QUI PERMET DE CONNAITRE LES PERFORMANCES DYNAMIQUES DE CES MACHINES, ET NOUS COMPARONS ENFIN LES PERFORMANCES DYNAMIQUES D'UN MEME MOTEUR POUR DIFFERENTES ALIMENTATIONS. LA STRUCTURE A DOUBLE EXCITATION AXIALE, DANS CERTAINES CONDITIONS SE REVELE INTERESSANTE DANS LA RECHERCHE DE COUPLES MASSIQUES IMPORTANTS. ON MONTRE NOTAMMENT QU'UN ACCROISSEMENT IMPORTANT (SUPERIEUR A 50%) DU COUPLE DYNAMIQUE DES MOTEURS ETUDIES, PEUT AINSI ETRE OBTENU GRACE A L'UTILISATION DES DEUX SORTES D'AIMANTS EN RESERVANT LA MEILLEURE QUALITE A L'AIMANT POSSEDANT LA PLUS PETITE SURFACE
Author: Amine Rabih
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CE TRAVAIL A ETE CONSACRE AU CALCUL DE CHAMP ET A L'OPTIMISATION D'UNE MACHINE A RELUCTANCE VARIABLE A DOUBLE EXCITATION AXIALE PAR UNE METHODE ANALYTIQUE ET UNE METHODE NUMERIQUE. POUR LES MACHINES A RELUCTANCE VARIABLE A DOUBLE DENTURE, LE CALCUL DE CHAMP PAR DES METHODES NUMERIQUES PRESENTE CERTAINS INCONVENIENTS, SURTOUT EN REGIME SATURE SI LES PROBLEMES SONT TRAITES EN 3-DIMENSIONS. IL EST DONC PREFERABLE DE RECOURIR A D'AUTRES METHODES SOUPLES, EFFICACES ET RAPIDES. NOTRE METHODE FAIT APPEL A CERTAINES APPROXIMATIONS SUR LA LONGUEUR DES LIGNES DE CHAMP DANS L'ENTREFER ET A LA THEORIE DES CIRCUITS MAGNETIQUES; ELLE PERMET DE CALCULER LE CHAMP, EN REGIME SATURE, EN TOUT POINT DANS LA MACHINE ET POUR TOUTES LES POSITIONS RELATIVES DES DENTS STATORIQUE ET ROTORIQUE. ELLE PERMET, DE PLUS, UNE OPTIMISATION AISEE DES MACHINES A DOUBLE DENTURE. UN CALCUL DE CHAMP PAR UNE METHODE NUMERIQUE DES DIFFERENCES FINIES (DIFIMEDI) AINSI QUE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX PERMETTENT DE CONFIRMER LA VALIDITE DE LA METHODE PROPOSEE. NOUS ETUDIONS LES MACHINES HYBRIDES DE POINT DE VUE ENERGETIQUE ET UTILISONS LE CONCEPT DE L'ENERGIE TRANSMISSIBLE DANS LE PLAN D'ENERGIE; CE QUI PERMET DE CONNAITRE LES PERFORMANCES DYNAMIQUES DE CES MACHINES, ET NOUS COMPARONS ENFIN LES PERFORMANCES DYNAMIQUES D'UN MEME MOTEUR POUR DIFFERENTES ALIMENTATIONS. LA STRUCTURE A DOUBLE EXCITATION AXIALE, DANS CERTAINES CONDITIONS SE REVELE INTERESSANTE DANS LA RECHERCHE DE COUPLES MASSIQUES IMPORTANTS. ON MONTRE NOTAMMENT QU'UN ACCROISSEMENT IMPORTANT (SUPERIEUR A 50%) DU COUPLE DYNAMIQUE DES MOTEURS ETUDIES, PEUT AINSI ETRE OBTENU GRACE A L'UTILISATION DES DEUX SORTES D'AIMANTS EN RESERVANT LA MEILLEURE QUALITE A L'AIMANT POSSEDANT LA PLUS PETITE SURFACE
Author: Daanoune Abdeljalil
Publisher: Presses Academiques Francophones
ISBN: 9783838178479
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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: 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: Alexandre Pelletier (Auteur de Dimensionnement de machines à aimants permanents avec rotors Halbach pour des applications aéronautiques)
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Languages : fr
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Les travaux présentés dans le cadre du projet HEPOS en partenariat avec l’Université de Sherbrooke et la compagnie Pratt & Whitney Canada traitent du dimensionnement analytique de machines électriques et de leur simulation. Tout d’abord, une présentation générale des machines à aimants permanents est effectuée. Les types de stators, de bobinages, d’arrangement d’aimants et de matériaux magnétiques sont des exemples traités pour les machines à flux radial et axial. Un bref survol de quelques architectures d’alimentation et de commande pour ces machines sera également fait. Par la suite, le mémoire montre les travaux qui ont été effectués pour obtenir une loi de commande optimale pour les machines dimensionnées. Divers points d’opération sont demandés et le processus d’optimisation développé s’assure de fournir les courants de commande optimaux minimisant les pertes totales de la machine. Pour se faire, une formule paramétrique a été développée en s’inspirant des modèles de pertes magnétiques basés sur les équations de Steinmetz. Cette formule permet d’obtenir les pertes magnétiques totales de la machine pour divers points d’opération. La méthodologie employée pour l’obtention de la formule et l’identification de ses paramètres est également décrite. Des simulations avec le prototype de moteur du Maxwell X-57 de la NASA ont été grandement utiles pour l’élaboration et la validation de ces deux modèles de calcul. Pour continuer, une procédure de calcul analytique de dimensionnement d’une machine à aimants permanents à flux radial a été produite. Cette procédure permet de dimensionner et d'optimiser une machine selon une géométrie générale pour un cahier de charges donné. Les calculs dimensionnels, électriques et mécaniques sont expliqués ainsi que les différentes formules de pertes utilisées pour rendre le modèle le plus précis possible. Les pertes aérodynamiques et de frottement dans les roulements sont ajoutées en plus des pertes joules et magnétiques. Le calcul de l’induction pour un rotor à réseau de Halbach est également présenté puisque l’utilisation de ce type d’agencement d’aimants augmente la densité de couple de la machine. Une fois le dimensionnement analytique complété, une vérification et une correction est effectuée en utilisant un logiciel de calcul de champs par élément finis (Cedrat FLUX 2D) de manière à confirmer les différentes grandeurs électriques calculées de manière analytique. Finalement, le même processus de dimensionnement analytique est appliqué aux machines à flux axial. Pour ce type de machine, un calcul analytique additionnel est présenté de manière à venir approximer la géométrie de la machine à celle d’une machine linéaire. De cette façon, il est possible de calculer le champ magnétique en 2D plutôt qu’en 3D (les machines axiales ayant un chemin de flux asymétrique qui nécessite normalement une étude en 3 dimensions).Le modèle est ensuite confirmé à l’aide du dimensionnement des machines EM188 et EM348 de la compagnie Emrax. Le moteur Emrax 188, est la machine utilisée par l’équipe du Professeur Rancourt à l’Université de Sherbrooke pour construire un banc d’essais. Des mesures expérimentales ont été effectuées sur ce banc de test. Elles ont permis de confirmer les modèles de dimensionnement analytique et de calcul selon le modèle dq et le modèle de pertes magnétiques.
Author: Yacine Amara
Publisher: ISTE Group
ISBN: 178405917X
Category : Science
Languages : fr
Pages : 224
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La transition vers des usages propres et pérennes de l’énergie nécessite de développer des outils et des méthodes permettant d’étudier les objets électrotechniques afin d’assurer leur bon fonctionnement, et ce, le plus longtemps possible. Il faut pour cela disposer d’outils permettant d’appréhender leurs comportements, en tant que composant, mais aussi dans les systèmes où ils se trouvent, sur l’ensemble de leur cycle de vie. Machines synchrones à double excitation présente les outils nécessaires aux chercheurs, aux étudiants et aux ingénieurs en génie électrique pour analyser le fonctionnement des machines synchrones sur l’ensemble du plan d’opération. L’accent est mis sur les machines synchrones à double excitation (MSDE). La thématique des MSDE permet d’apporter des réponses à des problématiques fondamentales telles que le « défluxage » des machines à aimants permanents, l’optimisation énergétique, et enfin l’augmentation du coût des aimants permanents.
Author: Leïla Nguimpi Langue
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Languages : fr
Pages : 0
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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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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...
Author: Ilhem Haouara
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Languages : fr
Pages : 116
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Book Description
De par leur principe de fonctionnement, les machines a reluctance variable (mrv) a double denture, peuvent constituer des solutions interessantes pour les entrainements necessitant des fonctionnements a fort couple et faible vitesse. Dans le cas de la conversion de l'energie eolienne en energie electrique, elles peuvent apporter une amelioration en supprimant le multiplicateur de vitesse. Apres avoir effectue une classification succincte des mrv, nous avons adopte pour cette application, une structure synchrone a double denture excitee par des aimants permanents inseres au rotor. Par la suite, en se basant sur les principes de dimensionnement des machines synchrones, nous avons propose une demarche pour effectuer son predimensionnement. Afin d'evaluer ses performances, nous avons effectue la modelisation de la machine en utilisant la methode des elements finis (mef) et le modele du circuit electrique equivalent. En plus de la mef, une approche analytique basee sur le calcul de la permeance d'entrefer et du potentiel scalaire magnetique est proposee pour identifier les parametres du modele du circuit electrique equivalent (inductances et f.e.m.). Apres sa validation, ce modele a ete retenu, pour etudier les performances de l'ensemble generatrice-redresseur a mli dans les conditions reelles de fonctionnement (frequence du convertisseur elevee). Enfin, nous avons aborde l'optimisation des parametres geometriques et magnetiques de la structure pour maximiser sa puissance. Pour cela, nous avons adopte la methode des plans d'experiences conjuguee au calcul de champs. Cette demarche permet de prendre en consideration les conditions reelles de fonctionnement (saturation et fonctionnement dynamique des aimants) ainsi que les interactions entre les differents parametres. L'interet de cette methode a ete mis en evidence. L'etude des performances d'un prototype optimise a montre une amelioration pour tous les modes de fonctionnement.
Author: Ahmed Chebak
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Languages : fr
Pages : 270
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Author: Radhouane Khlissa
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Languages : fr
Pages : 0
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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.
