Design optimization of double excitation synchronous machines in railway traction

par Trung-Kien Hoang

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Mohamed Khémis Gabsi.

Soutenue le 25-11-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical, Optical, Bio - physics and Engineering , en partenariat avec Ecole normale supérieure Paris-Saclay (établissement opérateur d'inscription) et de Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Mohamed Boussak.

Le jury était composé de Mohamed Khémis Gabsi, Mohamed Boussak, Georges Barakat, Thierry Lubin, Lionel Vido, Frédéric Gillon, Minh Ta-Cao.

Les rapporteurs étaient Georges Barakat, Thierry Lubin.

  • Titre traduit

    Conception par optimisation des machines synchrones à double excitation dédiée à la traction ferroviaire


  • Résumé

    Les machines électriques classiques comme les machines asynchrones et les machines à aimant permanent sont largement utilisées dans ces applications de traction, et surtout en traction ferroviaire. Cette thèse évalue la contribution d'un autre type de machines, appelé machines synchrones à double excitation dans cette même application. Le terme double excitation signifie que le flux de la machine est créé par deux sources : le bobinage d'excitation et les aimants permanents. Le degré de liberté fourni par le bobinage d'excitation permet d’atteindre l’objectif d’amélioration de l’efficacité. Ce travail a pour but d’identifier les avantages des machines à double excitation sur un cycle de conduite spécifique. Il définira également les cas dans lesquels cette machine fournira de meilleures performances que celles des machines classiques.Les études récentes considèrent uniquement l’optimisation des systèmes en optimisant chaque composant du système séparément. Cependant, avoir les meilleurs performances dans chacun de ces composants ne signifie pas avoir un meilleur système. Afin d'atteindre des résultats plus réalistes, un modèle multi-physique prenant en compte la non linéarité des matériaux sera développé. Ce modèle intègre également les différents aspects comme l’électromagnétisme, la thermique, la mécanique et l’électronique de puissance.


  • Résumé

    Classical electrical machines such as asynchronous and permanent magnet synchronous machines have been widely applied in traction applications and particularly in railway traction. This thesis, however, evaluate the contribution of a special class of synchronous machine called textbf{D}ouble textbf{E}xcitation textbf{S}ynchronous textbf{M}achine (DESM) for the railway traction. Double excitation term indicates that the field flux of the machine is created by two sources: excitation windings and permanent magnets. The degree of freedom provided by the excitation windings provides the opportunity to work on the energy efficiency improvement target. This thesis will try to answer the question whether DESM is more advantageous over classical machines in a specific driving cycle and in addition, in which cases a DESM performs better.Recent studies have merely optimized the individual components, the major drawback of this approach is that the combination of the best individuals does not necessarily form a best system. In order to achieve more realistic results, a multi-physic models taking into account nonlinear characteristic and various disciplines such as electromagnetic, thermal, mechanical and power electronics will be developed.


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