Modélisation des machines asynchones et synchrones à aimants avec prise en compte des harmoniques d'espace et de temps : application à la propulsion marine par POD

Modelisation of induction and permanent magnets synchronous machines taking into account time a space harmonics : pOD ship propulsion application

• Auteur / Autrice : Ramdane Lateb
• Direction : Farid Meibody-Tabar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 19/10/2006
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en électrotechnique et électronique de Nancy (Vandoeuvre-les-Nancy, Meurthe-et-Moselle)
• Jury : Président / Présidente : Betty Lemaire-Semail
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Farid Meibody-Tabar, Betty Lemaire-Semail, Mohammed El Hadi Zaim, Mohammed Gabsi, Nourreddine Takorabet, Abderrezad Rezzoug
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed El Hadi Zaim, Mohammed Gabsi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Navires -- Propulsion

Harmoniques (ondes électriques)

Éléments finis, Méthode des

Moteurs asynchrones

Modèles mathématiques

Moteurs à aimants permanents

Mots clés libres

Moteur à aimants permanents

Moteur asynchrone

Eléments finis

Propulsion par POD

Harmoniques d’espace

Harmoniques de temps

Couples pulsatoires

Couples de détente

Segmentation des aimants

Pertes

Permanent magnets motor

Induction motor

Finite element

POD propulsion

Space harmonics

Time harmonics

Magnet segmentation

Pulsating torque

Cogging torque

Losses

Résumé

Ce travail porte sur la modélisation et le dimensionnement des moteurs à aimants permanents et asynchrones destinés à la propulsion marine par POD. Un état de l’art est présenté, où les différentes topologies de moteurs pour ce type d’application y sont abordées. La Machine à aimants permanents et la machine asynchrone on été retenue pour notre application. Dans le cas de la machine à aimants permanents, une analyse par éléments finis est effectuée pour dimensionner la machine à aimants permanents et minimiser les principaux harmoniques de la FÉM. Un modèle éléments finis 2D en magnétostatique couplé à un modèle circuit est développé pour la prédiction des couples pulsatoires dues aux harmoniques du convertisseur. En ce qui concerne la machine asynchrone, Pour tenir compte des harmoniques d’espace et évaluer leurs pertes, un modèle électromagnétique utilisant la résolution par éléments finis 2D en magnétodynamique couplé à un modèle circuit est développé. Par ailleurs, un autre modèle basé sur le principe de couplage éléments finis- circuit électrique est développé pour tenir compte des harmoniques de temps du variateur, ce modèle permet d’évaluer à la fois les pertes dues aux harmoniques de temps, mais aussi des couples pulsatoires. Dans la phase de validation et vérification des différents calculs, nous avons utilisé l’outil Flux2D de calcul par éléments finis qui tient compte de la rotation du rotor (pas à pas dans le temps) et effectué certaines mesures (cas de la machine à aimants permanents). Les résultats des calculs obtenus par les modèles développés concordent avec ceux obtenus par la méthode temporelle (pas à pas dans le temps) et les quelques mesures dont nous disposons

This work concerns the modeling and the design of the permanent magnets and asynchronous motors intended for POD ship propulsion. A state of the art is presented, where various topologies of motors designed for this application are approached there. The permanent magnet motor and the induction motor have been chosen for the application. For the permanent magnets motor, a finite element analysis is adopted to design and minimize the main harmonics leading to a quasi sinusoidal back EMF. A finite element model coupled to an electrical circuit allows to predict both current and torque waveforms including time harmonics knowing the voltage waveform of the inverter. The induction motor is designed in such a way to have minimum losses and pulsating torque. For this purpose, a 2D complex finite element method coupled to an electrical circuit is developed. In addition, another 2D finite element-electrical circuit model is proposed to evaluate time harmonics losses and to reconstitute the current and torque waveforms. This model allows to predict the pulsating torques. The validation and verification step is done by using a time stepping finite element software Flux2D and some available measurements (for the permanent magnets motor). The comparison of the calculations obtained by the different methods and software, as well as the available measurements is satisfactory