Calculation and simulation of turbogenerators using permeance network : optimization application

• Auteur / Autrice : Dmitry Petrichenko
• Direction : Pascal Brochet, Michel Hecquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecole Centrale de Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Dispositifs électromécaniques

Conception assistée par ordinateur

Alternateurs

Machines à courant alternatif

Plan d'expérience

Turbogénérateurs

Perméabilité magnétique

Mots clés libres

Perméance (électromagnétisme)

Résumé

La modélisation d’un turboalternateur par un réseau de perméances est décrite dans ce manuscrit. L’approche présentée permet la prise en compte de nombreux phénomènes comme la saturation, les effets 3D, mais aussi le couplage électrique-magnétique. Le but de cette étude est de développer un outil permettant de simuler le fonctionnement de la machine (un turbo-alternateur de faible puissance) mais aussi de déduire une conception optimale de celle-ci. Le rapport de thèse présente la méthodologie choisie ainsi que des résultats de simulations comparés aux résultats expérimentaux. Tout d’abord, un premier prototype ayant un rotor équivalent à celui d’un turbo est testé. Les simulations sont comparées aux mesures permettant de valider la démarche et nos modèles. Ensuite, de nombreuses caractéristiques en charge sont présentées ainsi que l’influence de différents paramètres sur les caractéristiques du turboalternateur 2 pôle. L’extension de l’outil aux turbo-alternateurs à plusieurs paires de pôles est aussi présentée.

Huge recent growth of electric energy consumption all over the world applies higher demands to turbogenerator performances and characteristics. The activities of different turbogenerator manufactures are being invested in order to ameliorate the products and increase the speed of project development. An electrical machine is one of the most complicated parts of any electromechanical converter and can be itself considered as a complex system characterized by magnetic, electrical, wave, thermal, mechanical air- and hydrodynamic phenomena. For these reasons the main attention of a scientific researcher has been focused on the development of reliable multiphysical and coupled models and methods of electrical machines simulation andoptimization. For the purpose of turbogenerator optimization its model using parameterized electromagnetic coupled permeance network approach was created. Different phenomena like axial heterogeneity of the machine were taken into account. The model and developed software were tested in different cases to perform rapid calculation of the turbogenerator characteristics and operating modes. The calculation core of the software was coupled with the optimization tool to perform the machine’s parameter influence study. The developed approach and the flexibility of the software give the possibilities to further development and extension of the model by multi-physical phenomena, coupling realized model with vibratory, acoustic and especially thermal ones.