MODELISATION DES MACHINES ELECTRIQUES TOURNANTES PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS TRIDIMENSIONNELS PDF Download

Author: REMY.. PERRIN-BIT
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Languages : fr
Pages : 122

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UN CODE DE CALCUL UTILISANT LA METHODE DES ELEMENTS FINIS NODAUX A ETE DEVELOPPE. CE LOGICIEL PERMET DE SIMULER, EN TROIS DIMENSIONS, LES MACHINES ELECTRIQUES TOURNANTES. LES PHENOMENES MAGNETIQUES SONT CALCULES PAR UNE FORMULATION EN POTENTIEL VECTEUR MAGNETIQUE A. POUR MODELISER LES MOTEURS ELECTRIQUES QUEL QUE SOIT LEUR FONCTIONNEMENT, NOUS UTILISONS UNE RESOLUTION EN REGIME TRANSITOIRE AVEC COUPLAGE DE L'EQUATION GENERALE DE LA MECANIQUE. UNE METHODE DE PRISE EN COMPTE DU MOUVEMENT ET PLUS GENERALEMENT DES LIMITES A ETE ETUDIEE ET UTILISEE DANS LE LOGICIEL. DES CONDITIONS AUX LIMITES DE TYPE CHAMP TANGENTIEL, CHAMP NORMAL, SYMETRIE ET PERIODICITE (CYCLIQUE, ANTI-CYCLIQUE) ONT ETE IMPLEMENTEES. DES MAILLAGES TRIDIMENSIONNELS SPECIFIQUES AUX MACHINES TOURNANTES ONT ETE CONSTRUITS AFIN DE REMEDIER AU MANQUE DE PUISSANCE DES SYSTEMES INFORMATIQUES ACTUELS (1994). AFIN DE REDUIRE LES TEMPS DE RESOLUTION, INHERENTS A LA METHODE DE RESOLUTION EN PAS A PAS DANS LE TEMPS TRIDIMENSIONNEL, NOUS AVONS PRIS SOIN D'OPTIMISER LE LOGICIEL DANS SA STRUCTURE GENERAL ET DANS CHACUNE DE SES ROUTINES DE CALCUL. LE LOGICIEL A ETE VALIDE SUR L'ETUDE D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU AINSI QUE SUR UN MOTEUR A RELUCTANCE VARIABLE

Author: Thomas Dreher (auteur en génie électrique).)
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Languages : fr
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Une méthode de simulation du régime transitoire des machines électriques a été développée et mise en oeuvre dans un logiciel éléments finis en trois dimensions. Le couplage direct des équations du circuit électrique avec les équations du champ magnétique est inplémente dans un algorithme pas à pas dans le temps. Le calcul de la distribution du champ magnétique est basé sur la formulation du potentiel vecteur magnétique dans le contexte des éléments finis nodaux. Le circuit électrique est analysé grâce à la méthode des potentiels électriques intégrés dans le temps. Les relations aux bornes des conducteurs bobinés sont utilisées pour le couplage avec les équations du circuit d'alimentation. Un modèle 3D de courants linéiques permet de faciliter le maillage des inducteurs des moteurs électriques. Les différents modules du logiciel de calcul et la structuration des données sont détaillés. Les algorithmes sont validés dans le cas d'une machine universelle et d'un moteur à reluctance variable.

Author: Jean-François Imhoff
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Languages : fr
Pages : 200

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CE DOCUMENT COMPREND DEUX PARTIES: L'UNE EST ORIENTEE SUR L'ANALYSE VIBRATOIRE DES MACHINES COURANT CONTINU ET L'AUTRE PORTE SUR L'ETUDE DES PROBLEMES A FRONTIERE OUVERTE. DANS LA PREMIERE PARTIE, NOUS NOUS INTERESSONS A LA MODELISATION DES VIBRATIONS D'ORIGINE ELECTROMAGNETIQUE DANS LES MACHINES A COURANT CONTINU. UNE ETUDE QUALITATIVE PREALABLE PERMET DE METTRE EN EVIDENCE CERTAINS PHENOMENES A L'ORIGINE DES VIBRATIONS. MAIS POUR OPTIMISER LES MACHINES SUR LE PLAN VIBRATOIRE, IL EST NECESSAIRE DE REALISER DES CALCULS QUANTITATIFS. AFIN DE FOURNIR AU CONCEPTEUR UN MOYEN D'ANALYSE DES VIBRATIONS MAGNETIQUES DANS LES MACHINES TOURNANTES, NOUS DEVELOPPONS UN OUTIL INFORMATIQUE QUI PERMET DE CALCULER PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS LA FONCTION DE TRANSFERT ELECTROMECANIQUE EN REGIME DYNAMIQUE PERMANENT. CET OUTIL, BASE SUR UN TRANSFERT DE DONNEES ELECTROMAGNETIQUES VERS LA MECANIQUE PREND EN COMPTE LE MOUVEMENT DU ROTOR ET DETERMINE LA REPONSE MECANIQUE A PARTIR D'UNE ANALYSE DE FOURIER DES FORCES MAGNETIQUES. NOUS APPLIQUONS CET OUTIL SUR UNE MACHINE A COURANT CONTINU INDUSTRIELLE ET NOUS COMPARONS LES RESULTATS NUMERIQUES AUX MESURES EXPERIMENTALES. DANS LA DEUXIEME PARTIE, NOUS CONSIDERONS LES PROBLEMES ELECTROMAGNETIQUES POUR LESQUELS LE CHAMP MAGNETIQUE LOIN DU DISPOSITIF A ETUDIER NE PEUT ETRE NEGLIGE. NOUS DEVELOPPONS UNE TECHNIQUE BASEE SUR L'UTILISATION DE TRANSFORMATIONS GEOMETRIQUES QUI PERMET DE CALCULER LA REPARTITION DU CHAMP DE MANIERE RIGOUREUSE EN TOUT POINT DE L'ESPACE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS

Author: Georges Barakat
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Languages : fr
Pages : 120

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LE BUT DE CE TRAVAIL EST DE PRESENTER LA MODELISATION DE LA MACHINE SYNCHRONE A GRIFFES (ALTERNATEUR DE LUNDELL MODIFIE) PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS TRIDIMENSIONNELS. CETTE MODELISATION A MIS EN EVIDENCE LE CARACTERE INTRINSEQUEMENT TRIDIMENSIONNEL DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE DANS CE TYPE DE MACHINES SYNCHRONES. PAR AILLEURS, DEUX MODES DE FONCTIONNEMENT ONT ETE ABORDES: LE FONCTIONNEMENT A VIDE ET LE FONCTIONNEMENT EN CHARGE. LA MODELISATION A VIDE A PERMIS L'ETUDE DE L'ETAT DE SATURATION ET DES FUITES AINSI QUE LE CALCUL DE LA CARACTERISTIQUE A VIDE. LES RESULTATS DE SIMULATION SONT CONFORMES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX PARTIELS DISPONIBLES POUR L'UN DES DEUX PROTOTYPES ETUDIES. LA MODELISATION EN CHARGE ET EN REGIME PERMANENT A MONTRE L'IMPORTANCE DE LA SAILLANCE INVERSE DE CE TYPE DE MACHINES SYNCHRONES COMME DANS LE CAS DE CERTAINES MACHINES SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS. LES CARACTERISTIQUES EN CHARGE ET EN REGIME PERMANENT SONT EXPOSEES ET COMMENTEES. FINALEMENT, LE PROBLEME DES PERTES SUPERFICIELLES DANS LES PIECES MASSIVES EST TRAITE PAR LA METHODE DES IMPEDANCES DE SURFACE

Author: Quentin Debray
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Languages : fr
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Cette thèse vise à développer une méthode alternative à la méthode des éléments finis pour pré-dimensionner des machines électriques tournantes. Le pré-dimensionnement consiste en un calcul rapide du champ magnétique à l'intérieur d'une machine électrique pour en extraire des caractéristiques physiques. Les caractéristiques physiques recherchées sont le couple appliqué sur le rotor ainsi que les flux à travers les bobines du moteur électrique. Après une revue des différentes méthodes existantes dans le domaine de la modélisation des moteurs électriques, on retiendra pour ces travaux les méthodes intégrales qui sont développées au laboratoire de génie électrique de Grenoble pour résoudre la problématique du calcul du champ magnétique à l'intérieur du moteur. Ces méthodes permettent un calcul précis du champ magnétique à l'intérieur de tout dispositif électromagnétique dans un temps de calcul relativement réduit par rapport à la méthode des éléments finis grâce à une meilleure évaluation des interactions entre les éléments du maillage. La formulation intégrale utilisée dans ces travaux est une formulation intégrale de volume dont l'inconnue est le potentiel vecteur interpolé sur les arêtes des éléments du maillage utilisé pour discrétiser la machine tournante. Cette formulation a été adaptée aux spécificités des moteurs électriques et optimisée dans le cadre de résolutions paramétriques. Enfin, des méthodes originales sont présentées pour calculer les caractéristiques physiques du moteur : deux méthodes de calcul de couple ont été mises au point, une première se basant sur le tenseur de Maxwell adapté aux méthodes intégrales de volume et une seconde basée sur la dérivée de la co-énergie magnétique dont une nouvelle formule ne nécessitant que la connaissance de l'induction dans les matériaux actifs est présentée. Une méthode semi-analytique de calcul de flux dans les bobines maillées du moteur est présentée.Il ressort de cette étude que le couplage entre la méthode intégrale de volume en potentiel vecteur et les trois méthodes évoquées ci-dessus fournit dans des temps inférieurs à la méthode des éléments finis certaines des caractéristiques recherchées.

Author: Eric Vassent
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Languages : fr
Pages : 168

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CETTE ETUDE A POUR BUT DE DEVELOPPER UN OUTIL DE MODELISATION PAR ELEMENTS FINIS DE LA MACHINE ASYNCHRONE QUELQUES SOIENT SA GEOMETRIE, SES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET SON REGIME DE FONCTIONNEMENT. LA METHODE DES ELEMENTS FINIS 2D APPLIQUEE A L'ELECTROMAGNETISME, CONSISTE A DECRIRE DANS UN PLAN LA GEOMETRIE DE L'OBJET A ETUDIER, A LA MAILLER, PUIS A RESOUDRE LES EQUATIONS GENERALES DE L'ELECTROMAGNETISME (MAXWELL) SUR TOUS LES NUDS DU MAILLAGE EN TENANT COMPTE DES PROPRIETES PHYSIQUES AFFECTEES SUR LES ELEMENTS. LE MOTEUR ASYNCHRONE EST UN OBJET ELECTROMAGNETIQUE TRES COMPLEXE ENTRAINANT L'UTILISATION DE LA MAGNETODYNAMIQUE COMPLEXE POUR TENIR COMPTE DE L'EFFET DE PEAU DANS LES BARRES DE LA CAGE ROTORIQUE. L'ALGORITHME DE NEWTON-RAPHSON EST UTILISE POUR RESOUDRE LE PROBLEME DE LA NON-LINEARITE DES MATERIAUX (SATURATION LOCALE AU DEMARRAGE, GLOBALE AU SYNCHRONISME). L'UTILISATION DE COURBES B(H) EQUIVALENTES PERMET DE CONSERVER L'ENERGIE MAGNETIQUE DANS LE DOMAINE ETUDIE. ENFIN, L'IMPLANTATION DES EQUATIONS DE CIRCUIT PERMET DE TENIR COMPTE DES TETES DE BOBINES AU STATOR, DES ANNEAUX DE COURTS-CIRCUITS AU ROTOR ET D'AVOIR LA POSSIBILITE D'ALIMENTER EN TENSION. POUR POUVOIR SIMULER DES REGIMES TRANSITOIRES MECANIQUES OU ELECTRIQUES, IL A ETE NECESSAIRE DE DEVELOPPER D'UNE PART UN ALGORITHME PERMETTANT DE FAIRE TOURNER LE ROTOR SANS LE DEMAILLER (EN S'AFFRANCHISSANT DES MULTIPLES INCONVENIENTS QU'ENGENDRENT LES AUTRES METHODES EXISTANTES A CE SUJET) ET D'AUTRE PART UNE METHODE DE RESOLUTION EN PAS A PAS DANS LE TEMPS (TYPE PREDICTION-CORRECTION) AVEC COUPLAGE DE L'EQUATION MECANIQUE. UNE CONFRONTATION AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX EST FAITE AFIN DE VALIDER LES DIFFERENTES METHODES UTILISEES. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE L'ENSEMBLE DES TRAVAUX EFFECTUES PERMET DE MODELISER DE FACON GENERALE, UN MOTEUR ASYNCHRONE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS

Author: BENKHORIS Mohamed Fouad, LE DOEUFF René, MACHMOUM Modamed et ZAÏM Mohammed EHadi
Publisher: Lavoisier
ISBN: 2746288265
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Languages : fr
Pages : 306

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Les conditions d'utilisation et de mise en œuvre des machines électriques sont en constante évolution : les génératrices s'adaptent aux nouvelles sources d'énergie et les moteurs sont associés à l'électronique de puissance et de commande, donnant des variateurs de vitesse utilisés dans tous les domaines de l'industrie, des transports et de la vie quotidienne. Cet ouvrage propose des problèmes et des exercices en complément de Machines électriques tournantes : de la modélisation matricielle à la mise en œuvre paru précédemment. Il s'adresse principalement aux étudiants de second cycle universitaire et aux élèves ingénieurs. Il est articulé en cinq chapitres structurés de la même façon : rappels des équations de base, des schémas équivalents et des méthodes de calcul suivis d'exercices et problèmes de difficulté croissante. Les chapitres sont illustrés, dans la plupart des cas, par des exemples d'utilisation industrielle (traction et propulsion électriques de véhicules ou de navires, production d'énergie par éoliennes).

Author: Xiaodong Shi
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La méthode des éléments finis est couramment utilisée pour la modélisation des dispositifs électromagnétiques, Cependant, la prise en compte du mouvement, principalement en 3D, n'est pas complètement résolue et de nombreux travaux sont encore publiés aujourd'hui. Dans ce travail, nous avons étudié, développé et comparé sept méthodes de prise en compte du mouvement. Nous proposons une classification des ces méthodes en deux familles: celles qui s'appuient sur une surface ou bien sur un volume de recollement. Pour valider ces techniques, nous avons vérifié la continuité des grandeurs locales sur un exemple académique, ainsi que les grandeurs globales issues de la modélisation d'une machine à aimants permanents, Enfin, la modélisation d'un turboalternateur est abordée dans ce travail. Pour un maillage 2D extrudé, les résultats des essais à vide et en charge sont comparés avec les différentes techniques du mouvement. En 3D, en tenant compte des têtes de bobines, nous avons développé une méthode hybride pour le mouvement. Les résultats sont comparés avec les résultats expérimentaux.

Author: Fabrice Laurent
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Languages : fr
Pages : 140

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LES TRAVAUX DECRITS DANS CE MEMOIRE SONT CONSTITUES DE DEUX CONTRIBUTIONS DISTINCTES RELATIVES A L'ETUDE DU COMPORTEMENT VIBRATOIRE DES MACHINES ELECTRIQUES ASYNCHRONES. LA PREMIERE PARTIE CONCERNE LE DIMENSIONNEMENT D'UNE NOUVELLE SERIE DE MACHINES ELECTRIQUES A AXE VERTICAL. UN DES PRINCIPAUX PROBLEMES DANS LES MOTEURS VERTICAUX EST LA POSITION DE LA PREMIERE FREQUENCE PROPRE DE FLEXION DE LA MACHINE. LE TRAVAIL A CONSISTE A MODELISER L'ENSEMBLE DE LA SERIE DE MACHINES ET A DECLINER LES CALCULS DE FREQUENCES PROPRES POUR TOUTES LES VARIANTES DE MOTEUR. UN MAILLEUR DEDIE A CE TYPE DE STRUCTURE A ETE DEVELOPPE, AINSI QU'UN CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS DE TYPE COQUE. LA VALIDATION AVEC DES MESURES EXPERIMENTALES A ETE REALISEE. LA SECONDE PARTIE DE LA THESE EST RELATIVE A LA SIMULATION D'UN SYSTEME PASSIF DE REDUCTION VIBRATIONS D'ORIGINE MAGNETIQUE DANS LES MACHINES ELECTRIQUES ASYNCHRONES. LA DESCRIPTION DE LA TRANSMISSION DE CES VIBRATIONS PERMET DE METTRE EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DU STATOR. LA CONNAISSANCE DES FREQUENCES PROPRES DES MODES DE VIBRATIONS DES STATORS EST IMPORTANTE AFIN D'EVITER LES COINCIDENCES AVEC LES FREQUENCES D'EXCITATION. UN MAILLEUR DEDIE AUX STATORS AINSI QU'UN CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS TRIDIMENSIONNELS VOLUMIQUES A ETE REALISE. UNE METHODE D'ANALYSE MODALE EXPERIMENTALE D'UN STATOR EST PRESENTEE. LES DIFFICULTES, PRINCIPALEMENT DUES A LA RHEOLOGIE DES MATERIAUX DU STATOR, SONT MIS EN EVIDENCE ET UNE METHODE D'OPTIMISATION EST EMPLOYEE POUR LE RECALAGE ENTRE LES CALCUL ET LES MESURES.

Author: Yanis Laoubi
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Languages : fr
Pages : 115

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Le travail présenté dans ce mémoire traite de la problématique du dimensionnement de structures innovantes de génératrices, à savoir les machines à flux axial ou encore discoïdes, destinées aux éoliennes de grande puissance allant jusqu'à deux dizaines de mégawatts. Les machines synchrones à aimants permanents à flux axial étant intrinsèquement tridimensionnelles, l'optimisation de leur dimensionnement nécessite un modèle dimensionnant tridimensionnel et multiphysique qui peut être, de par sa nature 3D, très consommateur en mémoire et en temps de calcul. On se propose donc, dans ce mémoire, de développer une approche de modélisation par constantes localisées offrant un très bon rapport entre vitesse de calcul et précision afin d'accélérer de façon significative les premières phases de la procédure de dimensionnement. L'approche par constantes localisées peut par ailleurs s'appliquer de manière similaire aux principales physiques concernées (magnétique, thermique et mécanique). Plus particulièrement pour la partie magnétique, l'approche par constantes localisées est mise en œuvre par le biais de réseaux réluctants magnétiques génériques. Le principe de la méthode développée repose sur le découpage de la géométrie de la machine en volumes élémentaires finis parallélépipédiques à l'instar de qui est fait avec la méthode des éléments finis. En effet, chaque volume élémentaire étant modélisé par un réseau réluctant local, le découpage de la géométrie conduit à la génération automatique du système algébrique magnétique de la structure et dont la solution fournit la distribution locale du potentiel scalaire magnétique aux nœuds des volumes élémentaires. Cette approche de modélisation a été implémentée dans un code de calcul interne au GREAH. La modélisation de la génératrice à flux axial par réseaux réluctants a été validée par des simulations 2D et 3D par éléments finis. Le code de calcul développé intègrera les travaux en cours sur les modèles thermique et mécanique au GREAH afin d'aboutir à un code de calcul multi-physique par constantes localisées.