Contribution à l’étude des aspects mécaniques et thermiques des générateurs de forte puissance pour les EMR

Contribution to the study of the mechanical and thermal aspects of hight power generators for the marine renewable energies

• Auteur / Autrice : Sofiane Ouagued
• Direction : Yacine Amara, Georges Barakat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 20/12/2017
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université du Havre (1984-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (Le Havre, Seine-Maritime ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Khémis Gabsi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Pagnacco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anouar Belahcen, Daniel Matt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie des vagues

Générateurs électriques

Mots clés libres

Modèles analytiques

Modèles analytiques hybrides

Approches à constantes localisées

Générateurs à forte puissance

High power generators

Analytical models

Résumé

Le développement des générateurs de forte puissance pour les énergies marines renouvelables nécessite un effort important de recherche et de développement plus particulièrement centre sur les aspects mécaniques et thermiques. Généralement, la modélisation précise des machines électriques nécessite l'utilisation de la méthode des éléments finis. Cependant, cette méthode est gourmande en temps de calcul en particulier lors des premières étapes de conception. Le but de cette thèse est de fournir des modèles permettant l’analyse des générateurs synchrones à aimants permanents pour les énergies marines renouvelables avec un rapport temps / précision réduit. Deux approches de modélisation sont proposées dans ce travail: une approche à constantes localisées et une approche hybride basée sur le couplage direct entre un modèle analytique et un modèle à constantes localisées. Ces modèles sont utilisés pour l'étude des différents phénomènes physiques inhérents au fonctionnement des dispositifs électromagnétiques (magnétiques, thermiques et mécaniques). Les modèles magnétiques et thermiques à constantes localisées sont construits à partir d'une démarche dite générique, consistant en un maillage du domaine d'étude. Les modèles développés enrichiront les travaux en cours sur les modèles thermiques et mécaniques au GREAH afin d'aboutir à un code de calcul multi-physique par constantes localisées.

The development of high power generators for the marine renewable energies requires substantial research and development, focusing particularly on the mechanical and thermal aspects. Generally, accurate modelling of electrical machines requires the use of finite-element (fe) method. However, fe analysis is highly time consuming, especially at first design stages. The aim of this phd thesis is to propose a design approach of the permanent magnet synchronous generators for marine renewable energies applications offering a good computation time to precision ratio. Two design models are proposed in this work : lumped parameter approach and a hybrid approach based on the direct coupling of an analytical model and lumped parameter model. This modelling approach is used for the modelling of the three main physics to be considered in an electrical generator (magnetic model, thermal model and mechanical model). The lumped parameters approach consists, in this thesis, in the development of a generic magnetica and thermic lumped parameter network linked to the machine geometry. The models developed will regroup the ongoing developments of thermal and mechanical models at the GREAH lab in order to reach the completion of a mutliphysics lumped parameters computational code.