Etude et Optimisation d'une Machine Synchrone à Double Excitation PDF Download
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Book Description
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.
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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: Sami Hlioui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 171
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Dans le cadre de la motorisation électrique des véhicules dits « propres » (tels que les véhicules hybrides) où le cahier des charges est difficile à satisfaire, une dizaine d’équipes dans le monde prospectent des topologies de machines synchrones qui permettraient de combiner la souplesse de fonctionnement de la machine synchrone à excitation bobinée aux avantages de la machine synchrone à aimants permanents. Parmi ces structures, nous trouvons la Machine Synchrone à Aimants Permanents à Concentration de Flux et à Double Excitation (MSAPConFDE) qui fait l’objet des travaux de recherche présentés dans cette thèse réalisée dans le cadre d’une coopération interuniversitaire entre le laboratoire SET de l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard et le laboratoire SATIE de l’Ecole Normale Supérieure de Cachan. On s’est intéressé, en premier lieu, à l’étude par la méthode des éléments finis de cette structure. Les modèles prennent en compte l’aspect tridimensionnel de la MSAPConFDE, l’anisotropie du feuilletage et la saturation magnétique. Ils ont permis d’approfondir la compréhension des phénomènes qui régissent le fonctionnement d’une telle structure et d’analyser les différents trajets de flux. En second lieu, des modèles réluctants ont été établis. Les trajets de flux tridimensionnels, la saturation magnétique et les différents trajets de fuites ont été pris en compte. Finalement, ces modèles ont été exploités dans une démarche de pré-dimensionnement optimal basée sur l’algorithme génétique. Les résultats obtenus nous encouragent à enrichir l’outil de pré-dimensionnement par de nouveaux modèles de machines synchrones et par différents algorithmes d’optimisation.
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.
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Alliant flexibilité de contrôle et bon rendement, les Machines Synchrone à Double Excitation (MSDE) sont de plus en plus investiguées pour diverses applications de petites et moyennes puissances et rarement pour des applications de fortes puissances. Cette thèse a pour objectif l'étude d'un Générateur Synchrone à Double Excitation (GSDE) de forte puissance. Un modèle de comportement a été établi. Des méthodes analytiques et semi-analytiques ont été utilisées pour la modélisation multi-physique de la machine. Ce modèle a été validé, dans un premier temps, par comparaison aux résultats d'un modèle éléments finis.Comparé à un Générateur Synchrone à Pôles Saillants (GSPS), le GSDE offre des solutions plus intéressantes énergétiquement et économiquement, que ce soit en fonctionnement à vitesse constante ou à vitesse variable. Dans le cadre d'un fonctionnement en générateur éolien, l'augmentation du nombre d'encoche par pôle et par phase et l'augmentation de la fréquence d'alimentation contribuent à l'amélioration des performances de la GSDE. Cependant il faudrait tenir compte des impacts sur l'électronique de puissance et le multiplicateur mécanique. En plus, la distribution de Weibull et le bon choix de la plage utile de variation de la vitesse du vent, jouent un rôle important sur le dimensionnement optimal du générateur éolien.Un prototype de GSDE d'une puissance d'1MVA a été dimensionné, optimisé et fabriqué. Tout d'abord, le prototype a servi à la validation du modèle multi-physique. En plus la réalisation des essais sur deux étapes (avant et après le collage des aimants permanents) a montré l'apport énergétique du GSDE par rapport au GSPS.
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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: Yacine Amara Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1394185928 Category : Science Languages : en Pages : 244
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Our transition towards a cleaner and more sustainable future has seen an increase in the use of electrical energy in the functioning of our society. This implies the need to develop tools and methods which allow us to study electromagnetic devices and ensure their functioning for as long as possible. This requires us to use these tools to understand their behavior, not just as one component, but also in the entire systems in which they can be found, throughout their life cycle. This book provides electrical engineering students and researchers with the resources to analyze how synchronous machines behave over their entire field of operation, particularly focusing on hybrid excited synchronous machines (HESMs). The field of HESMs, although not a fundamental problem in the strict sense of the term, provides answers to a range of fundamental problems: the flux weakening of permanent magnet machines, energy optimization, and lastly the increasing costs of rare-earths permanent magnets.
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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
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POUR REPONDRE AUX EXIGENCES DE LA TRACTION ELECTRIQUE DE FAIBLE PUISSANCE, UNE APPROCHE SYSTEME DOIT ETRE MENEE, PRENANT EN COMPTE L'ENSEMBLE DES COMPOSANTS ET LEURS INTERACTIONS, AU SEIN DU GROUPE MOTOPROPULSEUR. L'UN DES OBJECTIFS MAJEURS POUR LE DIMENSIONNEMENT DE L'ENSEMBLE CONVERTISSEUR STATIQUE, MOTEUR ET COMMANDE EST LA MINIMISATION DES ONDULATIONS DE COUPLE. CE TRAVAIL S'ARTICULE AUTOUR DE DEUX AXES PRINCIPAUX QUI SONT LA MODELISATION ET L'OPTIMISATION DE LA PARTIE MACHINE DE LA CHAINE DE TRACTION EN TANT QUE PARTIE INTEGRANTE DU SYSTEME D'ENTRAINEMENT. L'ETUDE A PORTE SUR UNE MOTORISATION SYNCHRONE A ROTOR BOBINE ET POLES SAILLANTS. DES MODELES DE PARK DE LA MACHINE DEDIES A LA COMMANDE SONT DEFINIS POUR PRENDRE EN COMPTE LA SATURATION. CES DIFFERENTS MODELES SONT COMPARES EN PRENANT COMME GRANDEUR DE REFERENCE LE COUPLE OBTENU PAR ELEMENTS FINIS EN RESOLUTION NON LINEAIRE. LE MODELE AVEC PRISE EN COMPTE DU PHENOMENE DE SATURATION CROISEE DONNE LES MEILLEURS RESULTATS. CEPENDANT, DANS NOTRE CAS, LA SEULE PRISE EN COMPTE DU PHENOMENE DE SATURATION DANS L'AXE D ASSURE UN BON COMPROMIS COMPLEXITE-PRECISION. AFIN D'AMELIORER LE SYSTEME, UNE PROCEDURE D'OPTIMISATION AUTOMATIQUE POUR LA CONCEPTION DE LA MACHINE A ETE DEVELOPPEE, BASEE SUR LE COUPLAGE D'UN LOGICIEL D'ELEMENTS FINIS AVEC UN ALGORITHME D'OPTIMISATION DE TYPE GENETIQUE. CETTE TECHNIQUE A PROUVE SON EFFICACITE EN PERMETTANT DE DEFINIR UNE FORME GEOMETRIQUE DU POLE ROTORIQUE DIMINUANT DE MANIERE SIGNIFICATIVE LES ONDULATIONS DE COUPLE. L'INFLUENCE DE L'INCLINAISON D'ENCOCHES EST AUSSI MISE EN EVIDENCE PAR UNE APPROCHE SEMI-ANALYTIQUE DU CALCUL DE COUPLE, COMBINANT EXPRESSIONS ANALYTIQUES ET GRANDEURS DEFINIES PAR ELEMENTS FINIS. DANS CE CAS, UNE REDUCTION PRESQUE TOTALE DE L'ONDULATION EST OBTENUE. ASSOCIEES A CES TECHNIQUES, UNE ESTIMATION DES FORMES DE COURANTS SUSCEPTIBLES DE COMPENSER LE COUPLE EST REALISEE PAR LE BIAIS DE LA SIMULATION NUMERIQUE. CELLE-CI PERMET DE DEFINIR LES CONTRAINTES AU NIVEAU DE LA MACHINE ET DE LA COMMANDE.
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Cette étude traite la machine asynchrone à double alimentation (MADA) où le stator et le stator sont alimentés chacun par un onduleur de tension. Une nouvelle stratégie de commande basée sur l'orientation du flux statorique est developpée. Les fréquences sont choisies au stator et au rotor de façon à répartir les puissances des deux côtés. Il en résulte que la puissance totale des deux convertisseurs est de l'ordre de grandeur de la puissance mécanique nominale de la machine. Cette solution est intéressante comparée aux méthodes de commande actuellement utilisée dans lesquelles cette puissance est pratiquement le double de la puissance mécanique nominale de la machine. Il est aussi possible de faire fonctionner la machine à une vitesse allant jusqu'au double de sa vitesse nominale sans démagnétisation. Les équations de la machine sont écrites dans un repère lié au flux statorique. Une étude théorique en régime permanent, suivie d'une étude en régime transitoire nous ont permis de trouver une loi de commande qui assure un meilleur découplage entre les axes d et q. Il en résulte de meilleures performances [...]. Les résultats de simulation montrent d'excellentes performances [...]. Ces performances sont maintenues lors du fonctionnement à très faibles vitesses ou à vitesses élevées. Cette méthode est pratiquement insensible aux variations des paramètres de la machine lors du fonctionnement avec capteur de position ou de vitesse. L'étude du fonctionnement sans capteurs mécaniques nous a permis de trouver une méthode d'estimation de la position et de la vitesse basée sur la technique du MRAS associée à un observateur de Luenberger. Les résultats des simulations sont satisfaisants, cependant nous avons remarqué que cette méthode est sensible aux variations des paramètres de la machine. Les principales lois de commandes étudiées ont été validées expérimentalement.
Author: Daanoune Abdeljalil
Author: Daanoune Abdeljalil
Author: Sami Hlioui
Author: Yacine Amara
Author: Aymen Ammar
Author: Ilhem Haouara
Author: Yacine Amara
Author: Christine Berenger
Author: Olivier Gizolme
Author: Ehab Mohamed Moustafa
Author: Ragi Ghosn