Contribution à l'étude, la modélisation et l'optimisation d'une machine à réluctance variable excitée par des aimants permanents PDF Download
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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.
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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: Patrick Poulot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 126
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CES TRAVAUX TRAITENT DES MACHINES A AIMANTS PERMANENTS ET A PETITS PLOTS MAGNETIQUES EXCITES PAR DES BOBINAGES GLOBALISES. DANS CES DISPOSITIFS, L'ECHELLE GEOMETRIQUE DU BOBINAGE EST DISSOCIEE DE L'ECHELLE DE REPARTITION DES CHAMPS AU NIVEAU DE LA DENTURE. CETTE TOPOLOGIE PERMET D'OBTENIR, A CONDITION D'OPTER POUR DES DIMENSIONS REDUITES DES PLOTS, DES STRUCTURES A FORT COUPLE MASSIQUE. L'INSERTION D'AIMANTS PERMANENTS DANS LES SYSTEMES DE PETITS PLOTS MAGNETIQUES PERMET D'AMELIORER NOTABLEMENT LE FONCTIONNEMENT ET AUTORISE AINSI LA CONCEPTION DE STRUCTURES A EFFORTS SURFACIQUES MOTEURS TRES ELEVES. NOUS NOUS INTERESSONS PLUS PARTICULIEREMENT AUX CARACTERISTIQUES DES STRUCTURES A CONCENTRATION DE FLUX. CES DISPOSITIFS REPRENNENT LES CONCEPTS UTILISES POUR LES MACHINES EVOQUEES PRECEDEMMENT. LES PERFORMANCES INTRINSEQUES DE TELLES STRUCTURES PEUVENT ETRE DEDUITES D'UNE MODELISATION BIDIMENSIONNELLE DE LA CELLULE ELEMENTAIRE DE REPETIVITE DU SYSTEME DE PLOTS MAGNETIQUES. UN CALCUL DE CHAMP PAR ELEMENTS FINIS PERMET DE CARACTERISER L'INFLUENCE DES PARAMETRES GEOMETRIQUES SUR L'EFFORT SURFACIQUE DISPONIBLE. NOUS MONTRONS QUE LA STRUCTURE EST PARTICULIEREMENT ADAPTEE A L'UTILISATION D'AIMANTS FERRITE POUR L'OBTENTION DE PERFORMANCES ELEVEES. LES CALCULS SERONT VALIDES PAR LA REALISATION D'UN PROTOTYPE EXPERIMENTAL. IL S'AGIT D'UN MOTEUR DISCOIDE BI-ENTREFER A AIMANTS FERRITE. LA MACHINE, D'UNE PUISSANCE DE 1 KW, EST CARACTERISEE PAR UN COUPLE MASSIQUE PROCHE DE 2 N.M/KG OBTENU AVEC UN EFFORT SURFACIQUE (EFFORT MOTEUR RAMENE A LA SURFACE D'ENTREFER) DE 1,3 N/CM#2
Author: Claude Marchand Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L'UTILISATION DES MACHINES SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS EN TANT QU'ACTIONNEUR EST DE PLUS EN PLUS FREQUENTE. LES COMMANDES NUMERIQUES EN COUPLE IMPOSENT GENERALEMENT DES COURANTS D'ALIMENTATION SINUSOIDAUX EN PHASE AVEC LES FORCES ELECTROMOTRICES A VIDE ET NE PRENNENT PAS EN COMPTE LES CARACTERISTIQUES REELLES DES MACHINES: LE COUPLE OBTENU N'EST PAS MAXIMAL ET COMPORTE DES PULSATIONS. DANS CE TRAVAIL NOUS PRESENTONS, A PARTIR D'UNE MODELISATION ELECTROMAGNETIQUE DE LA MACHINE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, UNE PREDETERMINATION DES FORMES D'ONDES DU COURANT MINIMAL A IMPOSER POUR OBTENIR UN COUPLE A UNE VALEUR MOYENNE DONNEE ET PARFAITEMENT CONSTANT: LE COUPLE OPTIMAL
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Nous présentons dans ce mémoire, l'étude complète d'une nouvelle structure de machines synchrones autopilotées, à aimants permanents, où les enroulements sont logés dans l'entrefer. L'intérêt de cette machine réside dans la diminution de l'inductance de fuites donc de la force électromotrice induite dans les bobines pendant la commutation des phases, ce qui facilite la commutation. Un avantage supplémentaire est l'automatisation possible de la production. La géométrie particulière de cette structure autorise une détermination analytique complète de toutes les grandeurs caractéristiques. Ceci autorise une optimisation relativement rapide du couple en fonction de différents paramètres : épaisseur des aimants, épaisseur des enroulements, angle d'ouverture des aimants. À partir du modèle des aimants et des enroulements, nous calculons les potentiels vecteurs crées par l'ensemble des sources, sous forme de leurs développements en série. Nous déduisons de cette étude les grandeurs caractéristiques de la machine (couple, fem, pertes, inductances). L’optimisation du couple est effectuée, en fonction des paramètres cités ci-dessus. A partir des résultats de cette étude, un prototype a été construit. Nous présentons dans le dernier chapitre, les essais réalises sur ce prototype
Author: Louis Banon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 210
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Modélisation des machines Vernier non excitées. Optimisation de denture des machines à reluctance variable, étude d'une machine à reluctance Vernier excitée, réalisation d'une machine à reluctance Vernier optimisée, étude et optimisation d'une machine Vernier avec prise en compte de la saturation de la culasse.
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Cette thèse s'intéresse à l'étude d'une structure de moteur électrique à aimants permanents afin de réduire l'utilisation d'aimants à basse de terres rares et qui puisse être utilisée pour des applications industrielles. Il est montré dans la première partie de ce travail de recherche que la machine synchro-réluctante à aimants permanents est une bonne solution potentielle. Une analyse paramétrique est alors réalisée en utilisant une modélisation par éléments finis pour mettre en évidence les particularités de son comportement électromagnétique. Puis, une modélisation analytique multi-physique innovante du système convertisseur-moteur est détaillée dans le but de calculer les performances de ce dernier en un temps raisonnable. Les modèles multi-physiques présentés dans ces travaux concernent l'onduleur et le moteur. Ils intègrent les aspects électromagnétique, électrique, énergétique, thermique, mécanique et technico-économique. Le modèle multi-physique de la machine électrique est validé par comparaison à des résultats d'essais sur un prototype. Le modèle du système qui a été développé est ensuite utilisé dans une procédure de conception par optimisation de systèmes d'entrainements. Pour cela, une démarche d'optimisation originale est présentée pour le dimensionnement conjoint de deux applications en imposant la contrainte d'utiliser la même tôlerie magnétique. Il s'agit d'une part d'une application à vitesse fixe et d'autre part d'une application de type traction électrique. La méthode d'optimisation employée est à évolution différentielle. Les résultats des optimisations réalisées permettent de déterminer des conceptions optimales ou des compromis optimaux aux sens de Pareto qui répondent aux deux applications visées. Finalement, cette thèse a permis de positionner la machine synchro-réluctante à aimants permanents parmi les structures de machines à fort potentiel industriel.
Author: Abdel Hamid Ben Ahmed Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 260
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Nous nous intéressons dans cet ouvrage aux machines dites à bobinage global excitées par aimants permanents. L'échelle globale (enroulement induit) y est dissociée de l'échelle dentaire. Cette topologie permet des structures à hautes puissances massiques ou à faible coût. Les quelques travaux réalisés sur ce type de machines (poly entrefer) ne prennent en compte aucune limitation physique. De plus, ces études se limitent uniquement à deux motifs dentaires. Le travail présenté tente de répondre principalement aux questions: quelles sont les géométries et les performances optimales des deux motifs précitées ? Existe-t-il d'autres configurations plus performantes ? Quelles sont les limites de validité d'une modélisation cellulaire dans le cas d'une structure mono-entrefer ? Afin de répondre à ces questions, plusieurs étapes sont nécessaires: définition d'autres configurations originales dentaires. Elaboration d'une modélisation simple par cellule dentaire, et d'un formalisme identique dans tous les cas des configurations étudiées. Calcul et analyse systématique de l'influence des paramètres géométriques sur ces caractéristiques intrinsèques. Optimisation et comparaison des différents motifs fondamentaux. Vérification expérimentale de la modélisation cellulaire
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Dans la première partie du mémoire, l'auteur étudie les différentes stratégies de contrôle de la machine à aimants permanents, utilisables pour parvenir à un fonctionnement à couple imposé dans une large plage de vitesse. Il propose notamment des stratégies originales basées sur les techniques d'optimisation. Dans la deuxième partie, il étudie les problèmes induits par la simplification et/ou la suppression du capteur de position du rotor de la machine en considérant la charge particulière que constitue un véhicule automobile. Il présente et analyse différentes méthodes pour résoudre ce problème sur toute la plage de vitesse y compris le démarrage. L'étude est menée essentiellement par simulation mais certains aspects du problème font l'objet de validations expérimentales sur un dispositif existant. Il précise également le domaine de validité de ces différentes méthodes ainsi que leur adéquation aux moyens disponibles pour la mise en oeuvre. Dans la dernière partie, après avoir analysé le cahier des charges correspondant à la propulsion d'un véhicule automobile électrique, l'auteur propose une méthode systématique de dimensionnement des machines à aimants devant répondre à ce cahier des charges. Cette méthode, où interviennent notamment des caractérisations de la machine par schémas magnétiques équivalents et par calcul du champ, prend aussi en compte les éléments relatifs à la commande, issus des analyses des parties précédentes. La procédure est validée sur une machine existante et plusieurs autres solutions, qui se distinguent par le nombre de pôles où la structure électromagnétique sont proposées.
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Le travail de ce mémoire porte sur la commande vectorielle de machines à reluctance variable en tenant compte des courants induits dans le rotor, quand celui-ci est massif, et en tenant compte de l'effet de saturation. L'étude a été limitée à la machine à reluctance variable à stator lisse et rotor massif et la machine Vernier non excitée, structures qui présentent les caractéristiques de couple les plus intéressantes. La modélisation de Park de chacune des deux machines, en négligeant l'effet de la saturation, a permis de définir une stratégie de commande pouvant contrôler le couple de ces machines à partir de celui des deux composantes diphasées des courants statoriques. Cette stratégie de commande a ensuite été appliquée, en simulation à un prototype d'une machine à reluctance variable à stator lisse dont on a identifié les paramètres, alimenté par un onduleur à MLI. Le contrôle des deux courants diphasés indépendamment l'un de l'autre étant assuré par une matrice de découplage introduite dans le bloc de commande. La suite du travail a porté sur l'étude de l'influence des amortisseurs sur la commande de la MRV à stator lisse, et ce en variant, la simulation, les coefficients de couplage entre les enroulements statoriques et les amortisseurs, ce qui nous a éclairés sur la forme idéale que devrait avoir la MRV à stator lisse pour que la commande vectorielle soit optimale. Les expressions des correcteurs obtenues pour le modèle sans amortisseurs sont ensuite exploitées pour simplifier celles obtenues pour le modèle avec amortisseurs. La dernière partie du mémoire est consacrée à la modélisation et la commande de la MRV a stator lisse en tenant en compte des amortisseurs, de l'effet de saturation et de l'effet croisé entre l'axe d et l'axe q. À partir d'un modèle utilisant les inductances statiques et dynamiques en fonction des différents courants, et en négligeant l'effet croisé dynamique, la même stratégie de commande peut être utilisée pour ce modèle complet avec des résultats numériques très satisfaisants
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: Ilhem Haouara
Author: Ilhem Haouara
Author: Patrick Poulot
Author: Claude Marchand
Author: Christine Berenger
Author: Louis Banon
Author: Dany Prieto Rodriguez
Author: Abdel Hamid Ben Ahmed
Author: Franck Chabot
Author: Abdelmounaïm Tounzi
Author: Yacine Amara