Développement de modèles dynamiques comportementaux de circuits magnétiques : prise en compte de l’hystérésis et de la géométrie

par Frank Marthouret

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Jean-Pierre Masson.


  • Résumé

    L'électronique de puissance, en apportant des sollicitations nouvelles aux machines électriques, nécessite le développement d'outils adaptés à la description des phénomènes. En particulier le comportement dynamique des circuits magnétiques est décrit de façon incomplète par des modèles de type schéma équivalent A partir d'un modèle comportemental original établi au CEG EL Y avec des hypothèses restrictives sur la géométrie, nous avons proposé des développements élargissant le domaine de validité aux régimes transitoires rapides et à des géométries plus complexes. Nous avons dans un premier temps intégré le modèle d'hystérésis de Preisach en pas de temps dans le logiciel contenant le modèle de représentation de circuit magnétique. Pour cela, nous avons développé une gestion de l'histoire du matériau adaptée aux exigences d'une résolution d'équation différentielles par différentiation rétrograde. Cet outil nous a permis d'établir le domaine de validité et de mettre en évidence des écarts importants pour les faibles niveaux d'amplitude de l'excitation. Ces écarts, attribués au modèle de Preisach, ont nécessité la mise en œuvre de techniques de compensation pour réduire les erreurs dues au modèle statique. Nous avons réalisé une étude fréquentielle à partir de ce nouveau modèle. Afin d'améliorer la description des transitoires rapides, nous avons effectué une analyse des phénomènes physiques et proposé deux approches différentes remettant en cause les hypothèses d'homogénéité du modèle initial. Ces deux techniques, qui fournissent approximativement les mêmes résultats, ont permis d'élargir de façon significative ces limites fréquentielles du modèle. Par ailleurs, pour pouvoir décrire un plus grand nombre d'applications, il a été nécessaire de dépasser les hypothèses géométriques restrictives du modèle initial. La définition d'un tube de flux ouvert et de règles d'assemblage apporte une solution à ce problème. L'introduction de l'ensemble de ces travaux dans un logiciel de simulation orientée "circuits" permet à présent de décrire de façon satisfaisante des applications industrielles.

  • Titre traduit

    = Development of beha vioural dynamic models of magnetic circuits : Taking into account the hysteresis and the geometry.


  • Résumé

    Modelling of the properties of magnetic circuits needs to take into account hysteresis, dynamical phenomena, and the geometry of the magnetic circuit. A behavioural model has been developed in the CEGELY. This model takes into account hysteresis and dynamic phenomena but is limited to simple geometries such as toroid circuits. In despite of good performances, this model presents important shortcomings in the context of electro technology. We propose new improvements of the model in order to increase its performances and which allow to take into account more complex geometries. In a first time, we have developed a step by step programmation of the Preisach model, model used to generate static hysteresis loops. The Preisach model has been improved in order to predict accurately magnetic characteristics at low peak flux density. In a second time, we have introduced a more realistic representation of the magnetic field inside the magnetic circuit. Hence, electrical and magnetic characteristics are predicted with a good accuracy, even in the case of fast transient operations. In a third time, we have studied the case of complex geometries. The magnetic circuit is divided into elementary circuits and the resulting model predicts the magnetic and electrical behaviour of geometries involving several limbs. The simulated results obtained agree satisfactorily with the experimental data. This study offers new prospect for the optimisation of industrial applications, by the use of an accurate and fast behavioural model of magnetic circuits.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1824)
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