Modélisation et conception d’une machine synchro-réluctante assistée d’aimants permanents intégrant les contraintes du pilotage sans capteur de position - PhDData

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Modélisation et conception d’une machine synchro-réluctante assistée d’aimants permanents intégrant les contraintes du pilotage sans capteur de position

The thesis was published by Neumann, Jessica, in September 2022, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT.

Abstract:

Cette thèse est dĂ©diĂ©e Ă  la modĂ©lisation analytique et Ă  la conception optimale d’une machine du type synchro-rĂ©luctante assistĂ©e d’aimants permanents (MSRAP) en tenant compte des aspects liĂ©s au pilotage sans capteur de position. Dans un premier temps, la thèse vise Ă  montrer, Ă  partir d’une Ă©tude bibliographique, les avantages Ă©conomiques et la sĂ»retĂ© de fonctionnement d’un pilotage sans capteur de position. Les mĂ©thodes d’injection de signaux Ă  haute frĂ©quence sont les plus adaptĂ©es pour des fonctionnements Ă  basse vitesse en raison de leur facilitĂ© de mise en oeuvre. Cependant elles dĂ©pendent fortement des paramètres de la machine tels que le rapport de saillance incrĂ©mentale. Dans des applications dĂ©diĂ©es au secteur de la manutention qui se caractĂ©rise par des sur-couples importants au dĂ©marrage, l’injection de signaux haute frĂ©quence devient non-opĂ©rationnelle en raison du faible rapport de saillance incrĂ©mentale induit par une forte saturation de la machine. L’objectif est d’intĂ©grer ce problème lors de la phase de conception de la machine. La gĂ©omĂ©trie du rotor des moteurs MSRAP est complexe car elle dĂ©pend d’un nombre de paramètres importants tels que la position, le nombre et la forme des barrières de flux. C’est pourquoi une analyse basĂ©e sur des simulations par Ă©lĂ©ments finis est rĂ©alisĂ©e afin d’identifier les paramètres gĂ©omĂ©triques les plus influents sur les performances et le rapport de saillance incrĂ©mentale. Cette Ă©tude permettra d’évaluer la sensibilitĂ© de paramètres tels que le nombre de barrières et l’entrefer dont la variation peut dĂ©grader le rapport de saillance et en mĂŞme temps amĂ©liorer les performances de la machine. D’autres paramètres comme l’inclinaison des barrières sont bĂ©nĂ©fiques pour la performance et pour le pilotage sans capteur de position. Afin de concevoir la machine Ă  l’aide d’algorithmes d’optimisation, il est indispensable de dĂ©velopper des modèles prĂ©cis et rapides. Les optimisations basĂ©es sur des modèle Ă©lĂ©ments finis sont certes prĂ©cises mais aussi très consommatrices en temps de calcul. Nous proposons dans cette Ă©tude de dĂ©velopper un modèle basĂ© sur des Ă©quations analytiques en utilisant les principes de la loi d’Ampère et de la conservation du flux. Afin d’obtenir la distribution spatiale de l’induction dans l’entrefer, entitĂ© de base pour le calcul des performances et des inductances incrĂ©mentales du moteur, un système d’équations est mis en place et rĂ©solu. Ces moteurs Ă©tant par ailleurs gĂ©nĂ©ralement alimentĂ©s par des onduleurs, un second modèle analytique est dĂ©veloppĂ© afin de dĂ©terminer le contenu harmonique des courants d’alimentation. Dans une première optimisation du couple nominal de la MSRAP, deux logiciels basĂ©s sur des algorithmes dĂ©terministes ont Ă©tĂ© testĂ©s : fmincon de Matlab et NOMAD. Nous avons pu noter la supĂ©rioritĂ© des rĂ©sultats et la robustesse du logiciel NOMAD par rapport Ă  fmincon pour la rĂ©solution d’un problème avec 18 variables et 15 contraintes complexes. NOMAD a donc Ă©tĂ© utilisĂ© pour deux autres optimisations bi-objectifs incluant le rendement et le coĂ»t des matières premières, et oĂą le couple, la tension, le facteur de puissance et le rapport de saillance incrĂ©mentale sont dĂ©finis comme des contraintes. Chaque modèle analytique ainsi que les gains obtenus dans le cadre de cette thèse sont validĂ©s par des simulations Ă©lĂ©ments finis, des simulations sous Simulink Matlab et par des essais expĂ©rimentaux avec une machine existante.



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