Simulation des convertisseurs électromécaniques

par Vincent Leconte

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Gérard Meunier.

Soutenue en 2000

à Grenoble INPG , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble1980-2006) (laboratoire) .

Le jury était composé de Vincent Mazauric, Yves Maréchal, Marcel Jufer.

Les rapporteurs étaient Sheppard Joel Salon, Albert Foggia, Alain Bossavit.

mots clés

• Sciences et techniques
• Electrotechnique. Electroenergetique
• Dispositif electromecanique
• Courant foucault
• Modelisation
• Methode numerique
• Methode element fini
• Generation automatique maille
• Methode integrale frontiere
• Convertisseurs électriques -- Simulation par ordinateur

Résumé

La simulation numérique du fonctionnement des dispositifs électromécaniques doit prendre en compte simultanément les aspects magnétiques, électriques et mécaniques en présence. En effet, les convertisseurs étudiés sont généralement reliés à un circuit d'alimentation électrique et possèdent des pièces magnétiques et conductrices en mouvement. Les modélisations proposées sont basées sur la méthode des éléments finis qui permet une discrétisation des équations des phénomènes physiques à traiter. Une formulation du problème des courants induits avec mouvement est présentée, ainsi que les couplages nécessaires avec les équations électriques et cinématiques. L'essentiel des travaux porte sur les techniques de prise en compte du mouvement dans un tel contexte. Deux méthodes sont alors proposées et comparées : le couplage des éléments finis avec des équations intégrales de frontières d'une part, et des procédures de remaillage automatique d'autre part. Une approche originale de maillage à l'aide de boules est présentée. Les développements réalisés sont appliqués pour l'étude 2D de dispositifs électromécaniques industriels. Les modélisations permettent d'étudier l'influence de phénomènes tels que les courants induits ou les saturations magnétiques sur leur fonctionnement

Résumé

When simulating the opération of electromechanical devices, magnetic, electric and mechanical aspects should be simultaneously taken into account. The studied actuators are generally connected to an external electrical circuit and they also hâve magnetic and conductive moving parts. The modelling that is proposed is based on the finite élément method, which allows to find a discrète form for the équations of the phenomena to be treated. A formulation of the eddy current problem with movement is proposed, as well as the coupling with the electric and cinematic équations. This research work focuses on techniques that treat the movement of parts of the geometry in the simulations in the finite élément context. Two methods are presented and compared. The fîrst one consists in using boundary intégral équations and to couple them with the finite éléments. The second is based on automatic remeshing procédures. An original "bubble meshing" approach is presented. The models that hâve been developed are then used to treat in 2D the case of industrial electromechanical devices. The simulations allow to study the influence of eddy currents or magnetic saturation on the behaviour of the actuators