Contribution à la prise en compte des aspects thermiques des machines électriques dans un environnement mécatronique PDF Download
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Author: Bassel Assaad
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Languages : fr
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Book Description
Les machines électriques jouent un rôle très important dans la conversion d'énergie dans plusieurs applications et domaines. Les contraintes thermiques jouent ainsi un rôle indispensable dans la conception des machines électriques de plus en plus petites et performantes. En effet, la performance des machines électriques est limitée par les températures maximales admissibles dans certaines zones critiques telles que le bobinage, les aimants permanents et les roulements. Deux approches principales peuvent être utilisées pour étudier le comportement thermique de la machine: la méthode nodale ou le circuit à constantes localisées ou les modèles numériques. Dans notre étude, nous proposons d'appliquer la méthode nodale sur une machine électrique intégrée dans un environnement mécatronique complexe. Le modèle thermique développé de la machine est ainsi présenté avec ses différents éléments. En effet, un modèle précis dépend fortement de plusieurs paramètres thermiques tels que les coefficients d'échange convectif, les conductances de contact, les conductivités équivalentes du bobinage, et autres paramètres. En conséquence, des techniques d'analyse de sensibilité sont ensuite appliquées sur le modèle thermique pour identifier les paramètres d'influence significative sur les températures de la machine ainsi que pour la réduction de ce modèle. Ensuite, nous appliquons deux méthodologies d'identification des paramètres thermiques incertains sont développées et appliquées afin de recaler le modèle thermique de la machine. Cette étape permet la validation de ce modèle par rapport à des mesures thermiques sur une machine synchrone à aimants permanents internes installée sur un banc de caractérisation de machine électriques. Finalement, nous intégrons le modèle recalé dans une approche système mécatronique comportant les lois de commande de la machine ainsi que son convertisseur. Ceci permettra ainsi d'étudier l'influence de la température d'une machine électrique sur le système mécatronique complet.
Author: Bassel Assaad
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Book Description
Les machines électriques jouent un rôle très important dans la conversion d'énergie dans plusieurs applications et domaines. Les contraintes thermiques jouent ainsi un rôle indispensable dans la conception des machines électriques de plus en plus petites et performantes. En effet, la performance des machines électriques est limitée par les températures maximales admissibles dans certaines zones critiques telles que le bobinage, les aimants permanents et les roulements. Deux approches principales peuvent être utilisées pour étudier le comportement thermique de la machine: la méthode nodale ou le circuit à constantes localisées ou les modèles numériques. Dans notre étude, nous proposons d'appliquer la méthode nodale sur une machine électrique intégrée dans un environnement mécatronique complexe. Le modèle thermique développé de la machine est ainsi présenté avec ses différents éléments. En effet, un modèle précis dépend fortement de plusieurs paramètres thermiques tels que les coefficients d'échange convectif, les conductances de contact, les conductivités équivalentes du bobinage, et autres paramètres. En conséquence, des techniques d'analyse de sensibilité sont ensuite appliquées sur le modèle thermique pour identifier les paramètres d'influence significative sur les températures de la machine ainsi que pour la réduction de ce modèle. Ensuite, nous appliquons deux méthodologies d'identification des paramètres thermiques incertains sont développées et appliquées afin de recaler le modèle thermique de la machine. Cette étape permet la validation de ce modèle par rapport à des mesures thermiques sur une machine synchrone à aimants permanents internes installée sur un banc de caractérisation de machine électriques. Finalement, nous intégrons le modèle recalé dans une approche système mécatronique comportant les lois de commande de la machine ainsi que son convertisseur. Ceci permettra ainsi d'étudier l'influence de la température d'une machine électrique sur le système mécatronique complet.
Author: Olfa Meksi
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Book Description
En plus des aspects électrique, magnétique, vibro-acoustique et mécanique, les considérations thermiques doivent être prises en compte lors des phases de conception et d'optimisation des machines électriques. Ce mémoire se porte sur l'analyse et la simulation du comportement thermique des machines électriques Totalement Fermées et Non Ventilées (TFNV) et plus particulièrement sur le cas de la machine Synchro-réluctante (Synchrel), utilisée comme actionneur d'embrayage. Un modèle thermique détaillé (MTD), décrivant le comportement thermique de la machine Synchrel est conçu. Ce MTD proposé est construit grâce à une combinaison de la méthode à Constantes Localisées (CL) et d'une technique numérique de type Mécanique des Fluides Numériques (MFN). La première méthode est dédiée à la modélisation des transferts conductifs et radiatifs. La seconde permet de modéliser le mécanisme de refroidissement par convection naturelle autour de la machine Synchrel. Compte-tenu de l'importance du mode de refroidissement sur l'évolution des températures critiques, l'approche MFN peut apporter plus de précision. Par contre, elle nécessite des temps de calcul importants ce qui freine son utilisation. Afin de surmonter cette problématique, les résultats numériques obtenus pour des points de fonctionnement particuliers sont utilisés afin de définir des relations de corrélation analytiques. Cette analyse numérique est accompagnée d'une démarche expérimentale afin d'élaborer les corrélations expérimentales correspondantes. L'étude montre que les solutions numériques peuvent converger vers des solutions plus précises si l'on tient compte des données d'incertitudes introduites par cette approche. La deuxième problématique traitée est la détermination des Résistances Thermiques de Contact (RTCs) des machines électriques. Elles constituent des paramètres clefs dans la définition du MTD complet. La démarche de détermination des RTCs est basée sur deux approches d'identification paramétrique. La première est basée sur des observations expérimentales du comportement thermique de la machine. La seconde est basée sur une approche mathématique de réduction de modèle. Les valeurs déterminées sont cohérentes avec la littérature, bien que la machine Synchrel diffère en topologie, taille et puissance. En utilisant la corrélation d'origine numérique du phénomène de convection externe, le MTD complet est alors utilisé afin d'évaluer la variation de température due à l'erreur introduite par la MFN. En utilisant la corrélation expérimentale, le MTD complet est validé. Les approches d'identification paramétrique conduisent à la construction de deux modèles thermiques de second ordre de la machine. Ces modèles permettent la surveillance du comportement thermique du bobinage et du carter. Ces deux modèles simplifiés font montre d'une prédictibilité satisfaisante au regard de leur simplicité.
Author: Ayoub Ben Nachouane
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Languages : fr
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Book Description
Implanter une machine électrique dans un véhicule hybride pose avant tout des problèmes d'encombrement. Sous-dimensionner la machine semble légitime compte tenu de l'usage qui en est fait sur véhicule. Par contre, cela suppose que les aspects thermiques soient pris en compte non seulement lors de l'utilisation, mais aussi lors de la conception de la machine. Le phénomène majeur limitant la densité de puissance massique des machines électriques est l'échauffement interne des bobines et des aimants. La modélisation thermique de la machine est complexe compte tenu de la diversité des sources de chaleur et de la coexistence de différents modes de transferts thermiques : conduction dans la matière, convection avec l'eau de refroidissement, conduction, convection et rayonnement dans l'entrefer. En termes de géométrie, si une première approche peut être réalisée en ne considérant que des flux de chaleur radiaux, la composante axiale doit nécessairement être prise en compte dès lors qu'on veut tenir compte aussi des extrémités de machine, et notamment de la chaleur produite par les roulements et les têtes de bobines. Ainsi pour pouvoir analyser pertinemment les transferts thermiques dans la machine, des méthodes numériques de type CFD ont été utilisées pour caractériser le transfert thermique par convection. La caractérisation des échanges thermiques par convection naturelle et forcée a été réalisée à l'intérieur d'une machine synchrone à aimants permanents internes (MAPI). Des relations empiriques ont été proposées afin de prendre en compte le couplage entre la thermique et l'aérodynamique dans les cavités des machines électriques totalement fermées. Afin de valider la pertinence des modèles numériques dans le cadre de ce travail, des mesures thermiques à l'aide des moyens d'essais de l'UTC ont été réalisées. Les résultats de cette étude sont utilisés pour construire des circuits thermiques équivalents qui prennent en compte les phénomènes thermiques complexes dans les machines électriques fermées utilisées dans les véhicules hybrides et électriques. Ces recommandations de conception permettront l'optimisation de l'effort investi pour le refroidissement de la machine électrique dans ses différentes phases de fonctionnement.
Author: Emmanuel Foulon
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Languages : fr
Pages : 183
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Book Description
Les aspects thermiques jouent un rôle fondamental dans le vieillissement des machines électriques. Ceci se traduit par une croissance de la demande industrielle pour des systèmes de surveillance. Dans ce contexte, nous proposons l'estimation, en temps réel, par un filtre de Kalman étendu, des résistances des bobinages avec le couplage éventuel de modèles électrique et thermique. La contrainte du temps réel impose l'utilisation d'un modèle électrique d'ordre réduit adapté aux grandes périodes d'échantillonnage. La précision demandée impose également la prise en compte des pertes fer et l'estimation de l'inductance de magnétisation. Le modèle thermique apporte un gain d'identifiabilité lorsque l'une des résistances est faiblement sensibilisée. Enfin, lorsque l'identification d'un modèle thermique n'est pas réalisable, il est possible de corriger le manque d'observabilité en estimant une température globale unique.
Author: Norbert Streitz
Publisher: Springer
ISBN: 3540727272
Category : Computers
Languages : en
Pages : 314
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Book Description
This book examines how the computer, as we currently know it, will be replaced by a new generation of technologies, moving computing off the desktop and ultimately integrating it with real world objects and everyday environments. It provides a unique combination of concepts, methods and prototypes of ubiquitous and pervasive computing reflecting the current interest in smart environments and ambient intelligence.
Author: Juha Pyrhonen
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1118701658
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 612
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Book Description
In one complete volume, this essential reference presents an in-depth overview of the theoretical principles and techniques of electrical machine design. This timely new edition offers up-to-date theory and guidelines for the design of electrical machines, taking into account recent advances in permanent magnet machines as well as synchronous reluctance machines. New coverage includes: Brand new material on the ecological impact of the motors, covering the eco-design principles of rotating electrical machines An expanded section on the design of permanent magnet synchronous machines, now reporting on the design of tooth-coil, high-torque permanent magnet machines and their properties Large updates and new material on synchronous reluctance machines, air-gap inductance, losses in and resistivity of permanent magnets (PM), operating point of loaded PM circuit, PM machine design, and minimizing the losses in electrical machines> End-of-chapter exercises and new direct design examples with methods and solutions to real design problems> A supplementary website hosts two machine design examples created with MATHCAD: rotor surface magnet permanent magnet machine and squirrel cage induction machine calculations. Also a MATLAB code for optimizing the design of an induction motor is provided Outlining a step-by-step sequence of machine design, this book enables electrical machine designers to design rotating electrical machines. With a thorough treatment of all existing and emerging technologies in the field, it is a useful manual for professionals working in the diagnosis of electrical machines and drives. A rigorous introduction to the theoretical principles and techniques makes the book invaluable to senior electrical engineering students, postgraduates, researchers and university lecturers involved in electrical drives technology and electromechanical energy conversion.
Author: Ion Boldea
Publisher: CRC Press
ISBN: 9781420066685
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 845
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Book Description
Developments in power electronics and digital control have made the rugged, low-cost, high-performance induction machine the popular choice of electric generator/motor in many industries. As the induction machine proves to be an efficient power solution for the flexible, distributed systems of the near future, the dynamic worldwide market continues to grow. It is imperative that engineers have a solid grasp of the complex issues of analysis and design associated with these devices. The Induction Machines Design Handbook, Second Edition satisfies this need, providing a comprehensive, self-contained, and up-to-date reference on single- and three-phase induction machines in constant and variable speed applications. Picking up where the first edition left off, this book taps into the authors’ considerable field experience to fortify and summarize the rich existing literature on the subject. Without drastically changing the effective logical structure and content of the original text, this second edition acknowledges notable theoretical and practical developments in the field that have occurred during the eight years since the first publication. It makes corrections and/or improvements to text, formulae, and figures. New material includes: Introduction of more realistic specifications and reworked numerical calculations in some of the examples Changes in terminology Discussion of some novel issues, with illustrative results from recent literature New and updated photos Data on new mild magnetic materials (metglass) An industrial "sinusoidal" two-phase winding Illustrations of finite element method airgap flux density Enhanced presentations of unbalanced voltage and new harmonic-rich voltage supply IM performance Discussion of stator (multiconductor) winding skin effect by finite element method Broad coverage of induction machines includes applications, principles and topologies, and materials, with numerical examples, analysis of transient behavior waveforms and digital simulations, and design sample cases. The authors address both standard and new subjects of induction machines in a way that will be both practically useful and inspirational for the future endeavors of professionals and students alike.
Author: Josef Lutz
Publisher:
ISBN: 9783319709185
Category : Electronic book
Languages : en
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Book Description
This book discusses semiconductor properties, pn-junctions and the physical phenomena for understanding power devices in depth. Working principles of state-of-the-art power diodes, thyristors, MOSFETs and IGBTs are explained in detail, as well as key aspects of semiconductor device production technology. Special peculiarities of devices from the ascending semiconductor materials SiC and GaN are discussed. This book presents significant improvements compared to its first edition. It includes chapters on packaging and reliability. The chapter on semiconductor technology is written in a more in-depth way by considering 2D- and high concentration effects. The chapter on IGBTs is extended by new technologies and evaluation of its potential. An extended theory of cosmic ray failures is presented. The range of certain important physical relationships, doubted in recent papers for use in device simulation, is cleared and substantiated in this second edition.
Author: Henry Shu-hung Chung
Publisher: IET
ISBN: 1849199019
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 502
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Book Description
The main aims of power electronic converter systems (PECS) are to control, convert, and condition electrical power flow from one form to another through the use of solid state electronics. This book outlines current research into the scientific modeling, experimentation, and remedial measures for advancing the reliability, availability, system robustness, and maintainability of PECS at different levels of complexity.
Author: Jean Goubault-Larrecq
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9781402003684
Category : Computers
Languages : en
Pages : 448
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Book Description
Interest in computer applications has led to a new attitude to applied logic in which researchers tailor a logic in the same way they define a computer language. In response to this attitude, this text for undergraduate and graduate students discusses major algorithmic methodologies, and tableaux and resolution methods. The authors focus on first-order logic, the use of proof theory, and the computer application of automated searches for proofs of mathematical propositions. Annotation copyrighted by Book News, Inc., Portland, OR
