Modélisation et optimisation sur cycle d'une génératrice doublement saillante faible vitesse de rotation pour hydrolienne.

Modeling and optimization of a low speed doubly salient permanent magnet machine for tidal application

• Auteur / Autrice : Soklni-Sita Alli
• Direction : Mohammed El-Hadi Zaïm, Luc Moreau, Nicolas Bracikowski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 28/06/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : Afef Kedous-Lebouc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Frédéric Charpentier, Mohamed Khémis Gabsi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydroliennes

Mots clés libres

Machines lentes

Ondulations de couple

Modélisation par approche circuit

Résumé

Cette étude traite d’une machine doublement saillante à aimants permanents, utilisée en entraînement direct pour application hydrolienne. Dans un premier temps, différentes approches technologiques utilisées pour l’exploitation hydrolienne sont passées en revue. Ensuite, la génératrice est modélisée par approche circuit. Cette méthode permet de tenir compte de la saturation magnétique et de la variation d’entrefer, tout en offrant un compromis intéressant entre la précision des résultats et le temps de simulation. Le modèle de la DSPM est ensuite couplé avec son convertisseur. Un modèle thermique est également mis en place. Ce modèle est ensuite utilisé pour optimiser simultanément la denture de la DSPM et les paramètres de la commande afin de maximiser le couple et de réduire ses ondulations, importantes dans les machines à saillance. Les paramètres de commande sont également optimisés sur un cycle hydrolien. Le premier critère à minimiser sur cycle concerne les ondulations de couple. Les pertes Joule sont ensuite rajoutées comme second critère. Des fronts de Pareto sont alors déduits et analysés. Finalement, des essais à vide et en charge sur un prototype 2 kW, 50 tr/min ont permis de valider le modèle théorique développé.

This study deals with a doubly salient permanent magnet machine, used in direct drive for tidal application. First, different technological approaches used for tidal power generation are reviewed. Then, the generator is modelled by circuit approach. This method allows for magnetic saturation and airgap variation to be taken into account, while offering an interesting compromise between the accuracy of the results and the simulation time. The DSPM model is then coupled with its converter. A thermal model is also implemented. This model is then used to optimize simultaneously the DSPM teeth and its control parameters in order to maximize the torque and reduce its ripples which are important in salient machines. The control parameters are also optimized on a tidal cycle. The first criterion to be minimized on cycle is the torque ripples. Joule losses are added as a second criterion and Pareto fronts are deduced and analyzed. Finally, tests at no-load and also at load operations on a prototype 2 kW, 50 rpm validate the theoretical model developed