Recueil des résumés

Transcription

Recueil des résumés

EF’ 2009
Recueil des résumés
Les Journées
Electrotechnique
du futur
24 – 25 Septembre
2009 Compiègne,
France
www.utc.fr/EF2009
EF2009, UTC, Compiègne
Résumés des articles du congrès
Electrotechnique du Futur 2009 ISBN 978-2-913923-30-0
2
Les journées Electrotechnique du Futur EF2009, Université de Technologie de Compiègne
RECUEIL DES RESUMES DU COLLOQUE
ELECTROTECHNIQUE DU FUTUR
EF2009
3
Programme des deux journées
9h00
9h30
10h00
10h30
10h45
11h15
11h45
13h30
Jeudi 24 septembre 2009
Accueil EF2009 (Hall PG1)
Session d'ouverture (Amphi L202)
Conférence invitée 1 (Amphi L202)
Pause (Hall PG2)
Repas (Hall PG2)
O11 Session Orale 1
O21 Session Orale 2
15h30
15h45
th9: Actionneur
O12 électrique dédié
O13 au véhicule propre
(Amphi L202)
O14
Pause (Hall PG2)
Poster1 (PG2)
17h00
Visite château de Pierrefonds
20h00
Dîner de Gala
14h00
14h30
15h00
th2 et th3 : Les réseaux
O22 d'énergie et la
O23 production et stockage
d'énergie
O24 (Amphi L103)
15h45 – 17h : Réunion des directeurs des laboratoires en salle RG325 (salle de réunion du laboratoire
d’Electromécanique LEC dans le centre de recherche bâtiment G).
4
du colloque EF2009
9h00
9h30
10h00
10h30
11h00
11h15
Vendredi 25 septembre 2009
SS1 Session Spéciale
O31 Session Orale 3
SS2 d'actionneurs
SS3 électromagnétiques pour
O32 sources embarquées
O33 (Amphi L103)
SS4 (Amphi L202)
O34
th11: Modèles analytiques
l'optimisation
Pause (Hall PG2)
Poster2 (PG2)
12h15
Repas (Hall PG2)
13h45
O41 Session Orale 4
14h15
14h45
15h15
15h45
16h00
th10: Modélisation des
O51 Session Orale 5
th1: Les structures et
th4: Les systèmes
O42 systèmes
O52 électrotechniques pour
O43 électromagnétiques
O53 les transports
(Amphi L202)
(Amphi N104)
O44
O54
Pause (Hall PG2)
Session de clôture : Conclusion et perspectives (Amphi L202)
11h15 – 12h15 : Réunion du comité scientifique EF2009 en salle RG325 (salle de réunion du laboratoire
d’Electromécanique LEC dans le centre de recherche bâtiment G).
11h00 – 12h30 : Workshop – Modèles analytiques d’actionneurs électromagnétiques pour
l’optimisation en salle du conseil L101 (Centre PG1 à côté de l’accueil).
5
Implantation salles congrès
6
Session Orale 1 :
Actionneur électrique dédié au véhicule propre
13h30 – 15h30
7
8
Papier EF2009_P84 : O11
Conférence EF 2009
UTC, Compiègne, 24-25 Septembre 2009
COMPARAISON DE DEUX TYPES DE BOBINAGE D’UNE MSAP POUR
LA PROPULSION D’UN VEHICULE HYBRIDE URBAIN
MAI Hoang Cong Minh, CHARIH Fouad, DUBAS Frédéric, CHAMAGNE Didier, ESPANET
Christophe
Département ENISYS, UMR 6174 CNRS, Institut FEMTO-ST, Université Franche-Comté
Parc Technologie, 2 avenue Jean Moulin, F-90010 Belfort, France
[email protected], [email protected], [email protected] ,
[email protected], [email protected]
Mots Clés. Machine synchrone à aimants permanents (MSAP), simulations numériques par
éléments finis, bobinages à pas diamétral, bobinage à pas dentaire, force électromotrice (f.é.m.)
La motorisation électrique d’un véhicule hybride urbain (puissance totale thermique et électrique
de 1.5 kW) a conduit à l’étude d’un moteur synchrone à aimants permanents (MSAP). Chaque moteur
électrique a une puissance nominale (régime S1) de 1.5 kW et un couple maximal de 240 N.m. Deux
types de bobinages sont considérés pour cette machine : le premier à pas diamétral et le deuxième à pas
dentaire. Le type du bobinage à pas diamétral est plutôt classique est largement utilisé dans l’industrie. Il
est caractérisé généralement par une seule bobine par pôle et par phase et il permet d’enlacer un
maximum de flux dans chaque phase de la machine. En revanche, un défaut important de ce type de
bobinage est l’encombrement axial au niveau des enroulements de la machine Cela conduit d’une part à
la difficulté de réalisation automatique du bobinage, d’autre part à l’augmentation des pertes Joule. Le
deuxième type du bobinage, à pas dentaire, est caractérisé par des enroulements qui sont bobinées
autour d’une dent du stator. Ce type de bobinage présente des avantages comme la réduction du couple
de détente ainsi que la réduction du volume et de la masse du cuivre dans le stator.
Deux machines de mêmes dimensions géométriques sont simulées avec le logiciel de simulation
élément fini bidimensionnelle Flux2D. Le nombre de dents dans la machine à pas diamétral est plus grand
que celui de la machine à pas dentaire (102 dents contre 36 dents). Les simulations à vide et en charge
sont réalisées pour comparer les grandeurs électromagnétiques des deux machines. L’étude montre que
la machine à pas diamétral possède plus de contenu harmonique au niveau de la force électromotrice
qu’avec la machine à pas dentaire ; cela conduit à une plus forte d’ondulation de couple dans la machine
à pas diamétral. Au niveau des pertes, l’étude montre aussi que la machine à pas dentaire a moins de
pertes fer, mais plus de pertes en charge dans les aimants qu’avec la machine à pas diamétral. Cet
inconvénient peut par exemple être compensé par la réalisation d’une segmentation des aimants dans la
machine. La machine à pas dentaire permet aussi de diminuer les longueurs têtes des bobines, d’où la
diminution de résistance de phase, et par conséquent la diminution des pertes Joule dans le stator.
Table 1: Comparaison des grandeurs électromagnétiques des deux types de bobinages
Amplitude efficace de la f.é.m à vide [V]
Amplitude du courant maximal d’une phase [A]
Couple électromagnétique moyen [N.m]
Pertes fer totales moyennes à 71.6 tr/min [W]
Pertes en charge dans les aimants à 71.6 tr/min [W]
Pertes Joule [kW]
Résistance d’une phase [Ώ]
Inductance cyclique d’une phase [mH]
Pas diamétral
13.86
57
240
7.03
0.43
4.0
0.456
1.03
Pas dentaire
13.59
60
240
4.35
3.71
2.41
0. 446
1.238
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Conférence EF 2009
OPTIMISATION MULTIPHYSIQUE D’ALTERNO-DEMARREURS
SYNCHRONES A AIMANTS ENTERRES PAR COMBINAISON DE
MODELES ANALYTIQUES ET ELEMENTS FINIS
LEGRANGER Jérôme1, FRIEDRICH Guy2, VIVIER Stéphane2, MIPO Jean Claude1
1
Valeo Equipements Electriques Moteur, 2 Rue André Boulle, 94046 Créteil Cedex - France
2
Université de Technologie de Compiègne, EA 1006 Laboratoire Electromécanique de
Compiègne, 60205 Compiègne Cedex- France
Email : [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Mots Clés. Modèles Multiphysiques, Alterno-démarreur, Automobile, Thermique, Otpimisation,
Machine à aimants enterrés
Résumé
Un des principaux problèmes des méthodes de conception optimale de
machines électriques repose sur la précision et le temps de calcul des modèles
utilisés au cours de l’optimisation. Cet aspect est amplifié par la nature
multiphysique (magnétique, électrique, mécanique et thermique) de la
modélisation de machines, spécialement pour le domaine automobile sujet à de
fortes contraintes thermiques avec des températures sous capot supérieures à
100°C.
Le présent papier propose un modèle de dimensionnement optimal
multiphysique couplé de machines à aimants enterrés simple couche à
bobinage réparti fonctionnant en tant qu’alterno-démarreur (ISG) automobile
basé sur l’association de modèles analytiques et éléments finis. La
détermination des flux dans la machine est déléguée à un modèle éléments finis
2D non-linéaire associé à la théorie de Park. Cette méthode permet également
d’estimer les formes d’onde des inductions dans le stator et d’en déduire de
facto les pertes fer de la machine. Ces flux sont ensuite injectés dans un modèle
électrique à base de circuit équivalent fondé sur l’hypothèse de premier
harmonique pour les courants. Les températures sont déterminées par
l’intermédiaire d’une approche nodale 3D en régime permanent et transitoire.
Finalement, un modèle mécanique analytique permet de vérifier la résistance
des ponts magnétiques rotoriques aux forces centrifuges au travers d’un calcul
de résistance des matériaux.
Ces modèles ont été incorporés dans une boucle d’optimisation utilisant
conjointement des optimiseurs de type Simplex Séquentiel (SSq) et Sequential
Quadratic Programming (SQP) et donc évalués automatiquement à chaque
itération.
Une comparaison entre un dimensionnement optimal d’ISG utilisant un modèle
thermique simplifié à base de densités de courant et un modèle thermique nodal
conclura l’article.
10
Conférence EF 2009
MODELISATION MULTIPHYSIQUE D’UN MOTEUR SYNCHRONE A
FLUX AXIAL ET A AIMANTS PERMANENTS
O. MALOBERTI1, G. KREBS1, C. MARCHAND1, D. CONDAMIN2, L. KOBYLANSKI3, E.
BOMME4
1
Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP) / SPEE-Labs,
CNRS UMR 8507; SUPELEC; Université Pierre et Marie Curie P6; Université Paris-Sud 11,
11 rue Joliot Curie, 91192 Gif-Sur-Yvette, France
[email protected], 01-69-85-16-64 (58 ou 62)
2
LEROY SOMER, Usine du Gond Pontouvre, 16015 ANGOULEME Cedex, France
[email protected], 05 45 94 41 43
3
VALEO Systèmes Electriques, BP 150, 2 rue André Boulle, 94017 Créteil, France
[email protected], 01 48 98 27 23
4
G2ELab-UMR-, rue de la Houille Blanche, 38420 Saint-Martin d’Hères, France
[email protected] , 04 76 82 62 92
Les constructeurs automobiles se sont engagés à réduire les émissions et les consommations de
leurs véhicules. Une des solutions en cours est le véhicule à motorisation hybride, mais à ce jour et selon
la communauté des constructeurs européens, les technologies employées ne permettent pas d’atteindre
les critères de rentabilité pour une production de masse. Les problématiques à résoudre ont donné lieu au
démarrage du projet national M2EI (Machines Electriques et Electronique Intégrée). Ce projet vise à
explorer des technologies en rupture qui permettraient d’exploiter le potentiel de l’hybridation avec un
bilan acceptable. Pour ce faire, les machines tournantes à flux axial semblent appréciables et elles
doivent être comparées aux structures classiques. Le but de ce papier est donc d’apporter une
contribution aux développements d’outils d’analyse et de méthodes de conception multiphysique adaptés
aux Machines à Flux Axial et à Aimants Permanents (MFAP). Cet article a trait à l’étude des machines à
flux axial pour le domaine des véhicules électriques hybrides et au dimensionnement de l’une d’entre
elles. La première partie présente le contexte industriel et universitaire de ce travail. La deuxième partie
est dédiée à une modélisation géométrique compatible avec la structure axiale et aux besoins de
conception. Dans les troisième et quatrième parties, les modèles magnétique et thermique d’une machine
type sont établis et simulés par deux méthodes. A la fin, les calculs obtenus sont comparés aux résultats
expérimentaux provenant d’un prototype industriel (voir Figure). L’objectif à terme est de proposer une
méthode progressive de conception optimale.
Figure : mesures et simulations (modèle à réluctances) à bas régime (courant et vitesse) et sans refroidissement.
11
Conférence EF 2009
ACTIONNEURS ELECTRIQUES « CHAUDS » POUR APPLICATIONS
HAUTE TEMPERATURE:
NIERLICH Florent*, VIEILLARD Sébastien*, BERRY Olivier**, HAMIEH Youness***, RAEL
Stéphane**, MOREL Hervé***, AMPERE, JACQUES Julien****, ZIEGLER Nicolas****,
*SAFRAN, ** GREEN, *** AMPERE, ****ERNEO
Résumé
L’aéronautique dans ses efforts pour un avion plus vert tend à devenir plus électrique. Cependant vers ce
passage au plus électrique, quelques actionneurs de l’avion se heurtent à un verrou technologique lié à la
haute température. En effet, certains actionneurs sont situés en des zones si chaudes que l’actionneur
électrique n’y a pour l’instant pas sa place.
Ce papier présente donc une partie des efforts mis en place par le groupe SAFRAN et plus précisément
Messier Bugatti et Hispano-Suiza pour lever ce verrou technologique. Ces travaux sont faits et présentés
grâce au soutien apporté par le pôle ASTech et par la DGA via le projet SEFORA (Smart EMA For
Operation in Rough Atmosphere). Seront donc présentés ici les travaux permettant l’introduction
d’actionneurs aéronautiques haute température avec leur électronique de puissance intégrée au plus
près.
12
Session Orale 2 :
Les réseaux d'énergie électrique et la
production et stockage d'énergie
13h30 – 15h30
13
14
Conférence EF 2009
PRISE EN COMPTE DE LA PRODUCTION EOLIENNE DANS DES
ETUDES D’ADEQUATION DU RESEAU DE TRANSPORT AVEC
DISPATCH ECONOMIQUE
VALLEE François, DEBLECKER Olivier, LOBRY Jacques
Faculté Polytechnique de Mons, Service de Génie Electrique, Bvd. Dolez 31 B-7000 MONS
(Belgique)
[email protected] , [email protected] , [email protected]
Résumé
Dans cette contribution, des modèles stochastiques de production éolienne sont introduits
dans une étude technico-économique du réseau de transport électrique. Cette dernière est basée sur
l’utilisation d’une simulation Monte Carlo destinée à générer un échantillon d’états du système étudié. Par
la suite, chaque état est analysé au moyen d’un dispatch économique dont le but est de couvrir la charge
au coût le plus bas avec la production disponible (en nœud unique). Grâce à la solution ainsi implantée, le
logiciel Scanner©, développé par la société Tractebel Engineering (Gaz de France – Suez), a été modifié
de manière à prendre en compte la production éolienne et permet maintenant de confronter cette source
d’énergie renouvelable aux contraintes de production des parcs classiques. De plus, pour chaque état
généré, un DC load flow est appliqué à la solution optimale du dispatch économique de manière à vérifier
que cette dernière n’enfreint pas les contraintes induites par le transport de l’électricité (capacité des lignes
de transport). Par conséquent, l’impact de ces contraintes de transport sur la production éolienne
réellement transmise peut également être évalué avec l’outil informatique modifié. Enfin, l’introduction
d’une production de type éolien dans l’outil d’analyse HLII Scanner© permet de confronter cette dernière
aux conditions d’exploitation associées au réseau de transport électrique. Ainsi, grâce à ce logiciel, le
gestionnaire de réseau pourra quantifier précisément les développements à effectuer sur le réseau afin d’y
intégrer la production de type éolien. A toutes fins utiles, précisons encore que, dans le cadre du présent
article, l’outil Scanner© modifié a été appliqué à un système électrique académique : le Roy Billinton Test
System.
Mots Clés. Réseau de transport électrique, production éolienne, fiabilité, renforcements du réseau,
investissements, gestion et analyse technique d’un système électrique.
15
Conférence EF 2009
PRE ETUDE D’UN GENERATEUR PENDULAIRE IN VIVO
POUR IMPLANTS ORTHOPEDIQUES
TURRI S. et BENBOUZID M.E.H.
Université de Brest, EA 4325 LBMS
IUT de Brest – Rue de Kergoat – CS 93837, 29238 Brest Cedex 03
E-mail: [email protected] et [email protected]
Mots Clés. Mouvements du corps humain, source autonome, générateur, implants orthopédiques.
La pose de prothèses orthopédiques, totales du genou, concerne plus de 200000 personnes aux
Etats Unis. Le contexte chirurgical actuel est tel que lors de la pose d’une prothèse orthopédique, totale
ou partielle, cette dernière ne remplace pas l’articulation mais seulement sa fonction. Les conditions de
fonctionnement de la prothèse vont ensuite évoluer dans le temps : usure due aux frottements, évolution
de la masse du patient, variations morpho fonctionnelles…. Ces modifications in vivo, peuvent entraîner
une simple gène mais aussi aller jusqu’au descellement de la prothèse. Dans de nombreux cas, une
chirurgie de révision est nécessaire, qui se révèle généralement plus complexe et plus traumatisante pour
le patient que la première opération. Pour une nouvelle pose de Prothèse Totale du Genou (figure 1), les
extrémités des os sont encore réduites et une prothèse plus large est insérée. Cela implique la
transplantation d’un greffon osseux, un temps d’opération et d’hospitalisation prolongé, et souvent, une
mobilité du genou diminuée ainsi qu’une plus grande souffrance pour le patient. L’idéal serait de
s’affranchir d’une ré-opération, synonyme de complications et d’impact sur le patient et le chirurgien.
A l’heure actuelle, en orthopédie, les systèmes miniaturisés in vivo restent au niveau des besoins
en mesures. Or le véritable intérêt, d’utiliser des systèmes miniaturisés in vivo, serait d’apporter des
corrections en temps réels à des dysfonctionnements internes. De plus, compte tenu des contraintes
exercées sur les prothèses, il y aurait un réel besoin de systèmes auto-adaptatifs. Ils permettraient de
moduler au cours du temps la prothèse suivant le morphotype du patient, de corriger les erreurs comme la
non optimisation de la pose de la prothèse ou de rééquilibrer les tensions ligamentaires. Ainsi la liste de
ces systèmes dits intelligents peut être très importante. On pourrait imaginer, par exemple, des microactionneurs permettant de repositionner une prothèse, des micro-tenseurs permettant d’ajuster la tension
des ligaments. L’idéal serait que ces systèmes soient autonomes, donc de créer des systèmes qui
produisent leur propre énergie électrique. Un générateur interne permettrait de s’affranchir d’un dispositif
externe encombrant, tel que les bobines d’induction fixée sur la jambe du patient. Or tout déplacement du
corps humain représente une ressource énergétique renouvelable considérable. En récupérer une
modeste partie permettrait de générer une énergie utile pour créer des prothèses orthopédiques
adaptatives et autonomes.
Nous proposons un concept de récupération, basé sur une masse mobile située dans la quille de
la prothèse, mise en mouvement par le déplacement du genou. Le balancier effectue des mouvements de
rotation transmis à un générateur électromagnétique qui récupère une partie de son énergie mécanique.
Le but est de concevoir un générateur sans multiplication mécanique de la vitesse, afin d’augmenter le
rendement, avec un convertisseur électronique évolué. La génératrice devra donc avoir un haut
rendement malgré une très basse vitesse et un couple relativement élevé.
16
Conférence EF 2009
SIMULATION D’UN DISPOSITIF DE COMPENSATION DE CHARGES
IMPULSIONNELLES PERIODIQUES SUR UN RESEAU DE NAVIRE
SCUILLER Franck
DCNS Ingénierie Navires Armées, rue Choiseul F-56311 Lorient Cedex
[email protected]
Résumé
Cet article s’intéresse à la simulation d’un dispositif de compensation de charges
impulsionnelles périodiques (de type sonar ou radar) sur un réseau électrique de
navires. Réalisée sur un réseau simplifié, la simulation a pour but de vérifier le
gain en excursion fréquentielle qu’un tel dispositif permettrait d’obtenir. D’une
capacité de 100kJ (28Wh), le dispositif doit décharger 200kW pendant 0.5s et se
recharger en 4.5s. Pour une telle application, les stockages inertiels (volant
d’inertie) ou par super-condensateur semblent les plus adaptés. Les résultats
obtenus montrent une réduction significative de l’excursion en fréquence,
objectif qu’une simple augmentation de la puissance de la source n’aurait pas
permis d’atteindre, compte tenu de son inertie.
Mots Clés. Réseaux embarqués, Stockage d’énergie, Simulation réseau
électrique
This paper focuses on the simulation of a compensation system dedicated to
periodic pulsed load (as radar or sonar) that can be connected on a shipboard
electric network. Performed for a simplified grid, the simulation aims to check the
reduction of the frequency variation that can be expected with this kind of
compensation system. With a capacity of 100kJ (28Wh), the compensation
system must be abble to inject 200kW to the grid during 0.5s and to be reloaded
during 4.5s. For such application, energy storage systems based on flywhell or
super-capacity are well adapted. The simulation results show a significant
reduction of the frequency variation: this goal could not be attained by a simple
increase of the genset power because of its mechanical inertia.
Keywords. Shipboard electric network, Energy storage, electric network
simulation
17
Conférence EF 2009
PRODUCTION LOCALE D’ELECTRICITE RENOUVELABLE. RESEAU
SEMI-ISOLE ET SECURISE POUR BATIMENTS
SECHILARIU Manuela, LOCMENT Fabrice, HOUSSAMO Issam
UTC, équipe AVENUES, BP 60319, Compiègne 60203 Cedex, France
[email protected], [email protected], [email protected]
Mots Clés : production décentralisée, réseau semi-isolé, courant continu, bâtiment.
Face aux contraintes techniques d’interfaçage des sources décentralisées avec le réseau public,
nous proposons, en zone urbaine, un réseau semi-isolé et sécurisé pour l’auto-alimentation des bâtiments
équipés en électricité renouvelable. Afin d’augmenter l’efficacité globale du système productionconsommation et dans le but de supprimer des conversions énergétiques multiples pour certaines
charges, un réseau semi-isolé à courant continu (CC) est considéré. Dans l’hypothèse que l’électricité
renouvelable produite localement est consommée où, quand et dans la forme dont elle est produite, avec
un réseau public vu comme un appoint sécurisé, ce réseau électrique peut être une solution pour les
bâtiments tertiaires équipés en sources locales d’électricité renouvelable. Sa viabilité technique résulte
d’une analyse globale portant sur l’efficacité énergétique et la sécurité-sûreté de l’installation. On constate
que : le rendement global source - charge η tot réseau CC ≥ 1, 3 ⋅ η tot réseau CA , les pertes en ligne pCC =
0, 5 ⋅ cos ϕ ⋅ pCA ,
2
pour U CC = VCA 2 , soit 325V CC, le transfert de puissance en ligne PCC ≥ PCA dans les limites électriques
admissibles du câble déjà existant. Les possibilités de liaison à la terre et les appareillages spécifiques
CC peuvent être étudiés et transposés à partir des systèmes de protection déjà existants. D’une manière
globale, le réseau semi-isolé et sécurisé à CC, en provenance d’un système multisource renouvelable,
présente une bonne efficacité énergétique, sa faisabilité technique est possible et les infrastructures
existantes peuvent être utilisées. Par la suite, le réseau illustré sur la figure 1 et associé à une plate-forme
expérimentale existante (figures 2 et 3) est proposé en étude. Ce système comporte une charge
électronique programmable CC qui permet de simuler la demande typique en énergie d’un bâtiment
tertiaire.
Figure 2 : Plate-forme expérimentale.
Figure 1 : Réseau semi-isolé et sécurisé.
Figure 3 : Banc d’essai.
Des résultats expérimentaux pour le réseau PV_stockage_charge (foncé sur la figure 3) sont
présentés. Au final, nous pouvons dire que le système répond, dans certaines limites qui apparaissent
dès qu’un des seuils de tension de stockage vS est atteint : soit perte d’énergie produite, soit énergie
insuffisante vers la charge. C’est pourquoi une connexion avec le réseau public est nécessaire. Ces
résultats confirment la pertinence d’un réseau semi-isolé sécurisé et permettent de tracer les perspectives
sur la gestion intégrée et optimisée de la production-consommation du bâtiment.
18
Session Spéciale:
Modèles analytiques d’actionneurs
électromagnétiques pour la conception et
l’optimisation des systèmes
9h00 – 11h00
19
20
Papier EF2009_P53 : SS2
Conférence EF 2009
ETUDE D’UNE MACHINE DISCOÏDE A BOBINAGE SUR DENTS ET
AIMANTS ENTERRES
BOMMÉ Edouard, FOGGIA Albert
G2ELab- UMR 5529 INPG/UJF-CNRS, BP 46, 38402 Saint Martin d’Hères Cedex, France
[email protected]
[email protected]
Mots Clés. Discoïde, Aimants permanents, Bobinage sur dents, optimisation 3D
Ces dernières années ont vu l’émergence dans le domaine des machines électriques de nouvelles
structures appelées machines discoïdes. Un grand nombre de structures est apparu allant de la
multiplication des entrefers à l’utilisation du bobinage sur dents. Dans cet article, nous nous proposons
d’étudier une machine discoïde avec 2 rotors munis d’aimants enterrés et d’un bobinage sur dents pour
l’excitation statorique (Figure 1).
Cette machine est composée de 12 dents, 14 pôles pour un rayon extérieur de 100 mm et une longueur
globale inférieur au décimètre. La forme et l’orientation des pièces polaires et des dents du stator ne
permettent pas d’utiliser de tôle feuilletée apparaissant complexe et onéreux, la poudre de fer est le
matériau de base du concept électromagnétique.
Ce type de machine axiale peut être considéré comme une machine Torus NS. Elle est constituée d’un
stator et de deux rotors. Grâce à cette configuration, les aimants permanents sont utilisés en
concentration de flux et le flux ne fait que traverser la culasse du stator. Ainsi, la culasse du stator et les
pertes fer sont diminuées. De plus, le choix d’un bobinage sur dents est motivé par un gain conséquent en
place, mais surtout d’une diminution significative des pertes Joule.
90
Couple (en Nm)
89
88
87
86
85
84
83
0,0000
0,0010
0,0020
0,0030
Temps (en secondes)
Figure 1. Vue Générale de la machine
discoïde
Figure 6. Evolution du couple
électromagnétique
L’étude, uniquement tridimensionnelle, se décompose en 2 parties. La première partie a permis de
réaliser un modèle numérique par éléments finis sous FLUX. Les premiers résultats concernant le
comportement magnétique et les performances globales de la machine montrent que ce type de machine
discoïde à un fort potentiel en termes de performances. En effet, le couple électromagnétique de la
machine atteint 86 Nm pour une ondulation inférieure à 5%. De plus, le comportement est cohérent et le
risque de démagnétisation est écarté.
Fort de ces premiers résultats, la deuxième partie de l’étude concerne une nouvelle approche
d’optimisation en trois dimensions par la méthode des plans d’expérience. Pour illustrer l’application de
cette nouvelle méthode d’optimisation, l’exemple de cette machine discoïde a été retenu. Grâce à la
réalisation de plans d’expérience et à l’application d’une optimisation directe de type déterministe, il a été
possible d’augmenter le couple électromagnétique (la fonction objectif du problème) de 30% pour
atteindre au final un couple de 130 Nm.
21
Conférence EF 2009
PROPOSITION D’UN BENCHMARK POUR L’OPTIMISATION MULTINIVEAU AVEC DES MODELES ELEMENTS FINIS 3D
T. V. Tran, S. Brisset, et P. Brochet
L2EP, Ecole Centrale de Lille, Cité Scientifique, BP 48, 59651, Villeneuve d’Ascq Cedex, France
La méthode des éléments finis (EF) est souvent utilisée pour modéliser les dispositifs
électrotechniques avec une grande précision. Les modèles EF en deux ou trois dimensions (2D, 3D) sont
considérés comme des prototypes virtuels. Toutefois, les couplages multi-physiques et le grand nombre
d’inconnues des modèles EF 3D demandent un temps de calcul important.
Dans la conception des dispositifs électrotechniques, des variables de conception discrètes
apparaissent naturellement dans la formulation des problèmes d’optimisation. Par exemple, le nombre
d’encoches et d’aimants sont des entiers, et le type de matériaux et de structure sont discrets. Cependant,
l’optimisation discrète repose sur des concepts différents de ceux de l’optimisation continue. Les dérivées
ne peuvent être directement employées pour les problèmes d’optimisation combinatoire. Ainsi, la quantité
d’évaluations des modèles au cours des optimisations discrètes est bien supérieure à celle des
optimisations continues.
L’utilisation directe des méthodes d’optimisation aux modèles EF 3D conduit à un temps de calcul
excessif, allant de plusieurs jours à quelques mois. La substitution du modèle EF 3D par un modèle
simplifié dont le temps d’exécution est bien plus petit est une voie intéressante pour réduire la durée d’une
optimisation. Toutefois, la qualité de la solution finale ne doit pas être inférieure à celle qui serait trouvée
avec le modèle EF seul.
Selon l’état de l’art, l’optimisation globale avec un modèle EF et son modèle de substitution peut
être faite en deux étapes. La première consiste en la construction progressive d’une surface de réponse
du modèle EF [1]-[8]. Malheureusement, toutes ces méthodes requièrent un grand nombre d’évaluations
du modèle EF pour construire le modèle de substitution. Ceci annule les bénéfices de l’optimisation avec
le modèle de substitution car le temps total de l’identification et de l’optimisation est souvent similaire à
celui de l’optimisation directe avec le modèle EF.
Pour réduire significativement le nombre de sollicitations du modèle EF, le modèle de substitution
doit contenir initialement des connaissances. Il peut s’agir des équations analytiques décrivant les
phénomènes physiques au sein du dispositif ou d’un circuit électrique équivalent. Le modèle de
substitution est alors appelé modèle simple et il est amélioré localement grâce au modèle EF qui est
dénommé modèle fin. L’utilisation conjointe de ces deux modèles est appelée optimisation multi-niveau et
les techniques de space-mapping sont très efficaces pour les résoudre [9]-[11].
Les « COMPUMAG TEAM workshops » proposent deux benchmarks pour l’optimisation avec des
modèles EF [12]-[13]. Les modèles sont magnétostatique 2D et ne demandent que quelques minutes à
chaque évaluation. Grâce à eux, des algorithmes pour l’optimisation continue, discrète et multi-objectif ont
été proposés et comparés. Cependant, il n’existe pas de modèle simple pour le système de stockage
d’énergie supraconducteur et la presse à aimant.
Dans de nombreux dispositifs électrotechniques tels que les moteurs, transformateurs, électroaimants, etc. il est possible de disposer d’un modèle EF et d’un circuit électrique équivalent. Par
conséquent, ce papier propose un benchmark pour l’optimisation multi-niveau avec ces deux types de
modèles. Le dispositif est un transformateur de sécurité et un modèle EF 3D avec un maillage fin qui est
nécessaire pour obtenir des résultats précis sur l’inductance de fuite, par exemple. Les temps de calcul
des modèles fin et simple sont respectivement de 2 heures et 50 ms, respectivement. Le terme anglosaxon benchmark est à prendre au sens informatique et désigne un banc d’essai permettant de comparer
les performances. Ici, le banc d’essai est constitué d’un problème d’optimisation et de ses modèles
associés. Les performances mesurées sont celles des algorithmes d’optimisation et plus particulièrement
le temps de calcul qui peut s’exprimer en nombre d’évaluations du modèle EF 3D, ce dernier ayant un
temps de calcul sans aucune mesure avec celui du modèle simple.
22
Conférence EF 2009
OPTIMISATION TOPOLOGIQUE DE BUTEES MAGNETIQUES
LABBE Thibaut, DEHEZ Bruno
Centre de Recherche en Mécatronique, Université Catholique de Louvain
Place du Levant 3, B-1348 Louvain-la-Neuve, BELGIUM
Optimisation topologique - Butée magnétique - Modèle éléments finis
Les méthodes d’optimisation topologique sont basées sur une subdivision de l’espace de design
en cellules. L’objectif est alors de distribuer des matériaux prédéfinis dans ces cellules afin de maximiser
une fonction donnée. Alors que les optimisations paramétriques et de forme nécessitent une géométrie
initiale qui limite la gamme de solutions pouvant être obtenues, l’optimisation topologique permet de
générer n’importe quelle topologie à partir d’un espace de design vide.
Cet article s’intéresse à l’optimisation topologique de butées magnétiques. Le système étudié se
compose d’une pièce mobile se déplaçant linéairement à grande vitesse entre deux butées. L’objectif est
de maximiser cette vitesse en déterminant la topologie optimale des aimants permanents constituant les
deux butées et la pièce mobile. Une analyse éléments finis permet de calculer la vitesse maximale en
fonction de la magnétisation dans chaque cellule de l’espace de design. Si on ne s’intéresse qu’à la
topologie des aimants placés sur la pièce mobile, le problème se simplifie et peut être résolu facilement.
Par contre, une méthode de recherche en ligne est nécessaire pour optimiser l’ensemble du système. Le
résultat de l’optimisation est présenté à la figure 1, où les flèches blanches indiquent la direction de
magnétisation dans chacune des cellules.
Figure 1. Résultat de l’optimisation
En conclusion, cet article montre que des butées magnétiques peuvent être optimisées par des
méthodes d’optimisation topologique. Les paramètres de design sont alors l’amplitude et la direction de la
magnétisation dans chaque cellule. Cet article s’intéresse plus spécifiquement à la maximisation de la
vitesse d’une pièce mobile se déplaçant entre deux butées.
23
24
Session Orale 3 :
Modélisation des sources embarquées
9h00 – 11h00
25
26
Conférence EF 2009
OPTIMISATION MULTI-OBJECTIFS DE PARAMÈTRES D’UN MODÈLE
PHYSICO-CHIMIQUE POUR ACCUMULATEURS LI-ION
Weiping LIU et Charles DELACOURT
Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides, UMR CNRS 6007
Université de Picardie Jules Verne, 33 Rue St Leu, 80039 Amiens Cedex
Tél : 03 22 82 75 89 ; Fax : 03 22 82 75 90
[email protected]; [email protected]
Résumé
Le stockage d'énergie embarqué reste un des points cruciaux pour le développement des véhicules
électriques. L’accumulateur à ions lithium est la technologie la plus prometteuse grâce à sa forte densité d’énergie et
de puissance. Dans cet article, on étudie un problème d’optimisation multi-objectifs pour optimiser des paramètres
d’un modèle physico-chimique d’accumulateur à ions lithium. C’est un travail préliminaire à la réalisation d’un outil
d’optimisation paramétrique convivial, permettant l’analyse de nombreux problèmes d’optimisation et répondant aux
divers besoins des utilisateurs du modèle pour des applications aussi variées que la conception de nouveaux
accumulateurs, l’étude de leur vieillissement ou encore la gestion de source d’énergie embarquée.
Le modèle physico-chimique étudié dans ce travail est un modèle dérivé du modèle « Dualfoil » dédié à la
simulation de batteries à ions lithium ou à base de lithium métal et contenant une librairie de divers matériaux
d’électrodes et d’électrolytes. Parmi les divers paramètres d’entrées, ceux que nous avons identifiés sont :
1)
le coefficient de diffusion du Li en phase solide (Ds,+) de l’électrode de graphite.
2)
la constante cinétique de la réaction électrochimique de l’électrode de graphite (k+).
3)
la fraction volumique de matière active de l’électrode de graphite (εAM)
Une batterie graphite / lithium métal de 1.5mAh est déchargée / chargée galvanostatiquement à différentes
densités de courants. Au cours du cyclage, la tension V, le courant I, et la charge Q sont enregistrés. Ces signaux
mesurés sont comparés aux signaux simulés avec le modèle physico-chimique. La différence entre signaux mesurées
et simulées est évaluée de différentes manières (individuellement pour chaque courant ou multi-objectifs, somme des
écarts quadratiques ou en valeur absolue) pour trouver un critère adéquat pour l’optimisation des paramètres.
De manière à évaluer la sensibilité des paramètres optimisés, différents jeux de paramètres initiaux ont été
utilisés. Il s’avère que l’optimisation permet aussi d’évaluer la sensibilité des paramètres d’entrée. Par exemple, on a
montré que le coefficient de diffusion du lithium dans le graphite n’est pas un paramètre très sensible (aussi bien
pour l’optimisation individuelle que multi-objectifs). L’optimisation est aussi une bonne méthode pour évaluer si la
description physico-chimique du système (par le biais du modèle) est satisfaisante. La dépendance monotone de k+ et
Ds,+ en fonction du courant suggère des améliorations possibles à ce niveau. Il n’en reste pas moins que les
paramètres optimisés dans cette étude sont en assez bon accord avec ce qui rapporté dans la littérature.
27
Conférence EF 2009
SURVEILLANCE TEMPS REEL DE BATTERIE LI ION
DO Dinh Vinh, FORGEZ Christophe, EL KADRI BENKARA Khadija, FRIEDRICH Guy
Laboratoire d’Electromécanique de Compiègne
Université de Technologie de Compiègne
BP 20529
60205 COMPIEGNE cedex
[email protected]
Résumé
Cet article propose l’utilisation du filtre de Kalman appliqué à la détermination de
l’état de charge de batterie. Nous présentons dans la première partie la
description du filtre de Kalman et l’identification des paramètres du modèle.
Dans la seconde partie, la structure et le réglage de l’observateur d’état de
charge sont représentés. Ensuite, les résultats de validations expérimentales en
temps réel pour différents états de charge de la batterie et différents réglages
de l’observateur sont présentés.
28
Conférence EF 2009
COMPARAISON D’ARCHITECTURES D’HYBRIDATION D’UNE PILE À
COMBUSTIBLE AVEC DES SUPERCONDENSATEURS
AZIB Toufik, BETHOUX Olivier, REMY Ghislain, MARCHAND Claude, BERTHELOT Éric
Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP) / SPEE-Labs, CNRS UMR 8507;
SUPELEC; Université Pierre et Marie Curie P6; Université Paris-Sud 11;
11 rue Curie, Plateau de Moulon F91192 Gif sur Yvette CEDEX
Mots Clés. Pile à combustible, supercondensateurs, hybridation énergétique, gestion d’énergie,
comparaison expérimentale.
De nos jours, les applications automobiles doivent faire face à des normes environnementales de
plus en plus sévères tant du point de vue des pollutions locales (NOX, suies, …) que des gaz à effet de
serre. Dans ce contexte, le véhicule électrique présente un potentiel de développement important. Une
solution consistant à utiliser une pile à combustible (PàC) à membrane d'échange de protons (PEMFC)
est envisagée à moyen terme. Par ailleurs, d’un point de vue système, les générateurs PàC présentent
des caractéristiques inhérentes (temps de démarrage long, dynamique lente, défaillances réversibles…)
qui ne leur permettent pas de répondre directement aux exigences des applications automobiles. En outre
celles-ci sont caractérisées par un important ratio puissance crête / puissance moyenne, des transitoires
de puissance très rapides et une exigence de continuité de service. Pour répondre à ce cahier des
charges, il convient donc d’adjoindre au générateur PàC une source d’énergie auxiliaire capable tout à la
fois de fournir ou récupérer l’énergie « impulsionnelle » (accélération, freinage) et de pallier les
défaillances temporaires de la PàC.
Cet article s’intéresse à deux architectures de source d’énergie permettant l’hybridation d’une
PàC comme source principale et d’un module de supercondensateurs (SCs) comme source secondaire.
La différence principale entre ces structures réside dans le nombre de convertisseurs statiques utilisés et
les stratégies de gestion de l’énergie mise en œuvre. Ces dernières sont basées sur le découplage, dans
le domaine fréquentiel, des caractéristiques de chaque source.
Principe de base de la décomposition
fréquentiel
DC/DC
PàC
SCs
PàC
CHARGE
DC/DC
SC
PàC
BUS
SCs
P
CHARGE
DC/DC
PCH
f
Contrôle & Gestion d’énergie
- a - Structure parallèle à deux convertisseurs.
BF
MF
HF
Contrôle & Gestion d’énergie
- b - Structure parallèle à un convertisseur.
Figure 1 : Structures parallèles du système de puissance hybride PàC/SCs
Les résultats expérimentaux montrent que l’utilisation d’un seul convertisseur statique, même
avec peu de degrés de liberté disponibles, permet une gestion d’énergie du système efficace avec des
performances comparables à la structure à deux convertisseurs, tout en conservant un contrôlecommande simple, efficace et sûr. En effet, cette architecture permet de satisfaire nos objectifs, liés aux
contraintes associées à chaque constituant: répondre aux sollicitations de puissance de la charge, limiter
la dynamique du courant de la pile, maintenir l’état de charge des supercondensateurs pour pouvoir
satisfaire à chaque instant les transitoires rapides de la charge (accélération, décélération).
29
Conférence EF 2009
Impact du vieillissement cyclique des supercondensateurs sur les
performances dans une application véhicule hybride
H. El Brouji 1, J-M. Vinassa 1, O. Briat 1, N. Bertrand 1, H. Henry 1, B. Dessirier 2
1
Laboratoire IMS CNRS UMR 5218 – Université Bordeaux 1
351 Cours de la Libération 33405 Talence Cedex – France
Tel:+33 5 40002613, Fax:+33 5 56371545, Email: [email protected]
2
VALEO Engine and Electrical Systems
2 Rue André Boulle 94046 Créteil Cedex – France
Mots Clés : supercondensateur, vieillissement cyclique, modèle d’impédance, simulation, application
véhicule hybride électrique
Résumé : Les supercondensateurs utilisent généralement des électrodes poreuses de carbone activé
et sont basés sur un mécanisme électrostatique pour le stockage de charge. Théoriquement, ces
électrodes sont chimiquement inertes et la nature du stockage de charge est exclusivement
électrostatique. Ces propriétés devraient assurer aux supercondensateurs une durée de vie infinie. Mais
en pratique, les cellules présentent une perte des performances lorsqu'elles sont utilisées pendant une
longue durée. Le but de cet article est d'étudier l'influence de cette diminution des performances sur le
fonctionnement d'un véhicule hybride électrique utilisant un système associant un module de
supercondensateurs et une batterie. Ainsi, un modèle d’impédance est proposé et validé aussi bien dans
le domaine fréquentiel que temporel. Ensuite des résultats de cyclage actif d’un supercondensateur sont
présentés afin de mettre en évidence le changement de comportement avec le vieillissement cyclique.
Finalement, l'influence d’une telle évolution des paramètres sur le fonctionnement du système est étudiée
par simulation sous Matlab/Simulink.
Abstract: Supercapacitors are commonly based on porous activated carbon electrodes and on
electrostatic charge storage mechanism. The carbon electrodes are supposed to be chemically and
electrochemically inert and the electrostatic nature of the charge storage mechanism is highly reversible.
These properties should assure to supercapacitors an infinite shelf life. But in practice, supercapacitor
cells exhibit a performances fading when they are used during months. The purpose of this paper is to
study the influence of the performances fading of supercapacitors on the operation of a hybrid electric
vehicle system composed of supercapacitors and battery. So, results of supercapacitors ageing are
presented in order to highlight the performances fading. Then an analytical impedance model is presented
and used for the system simulation on Matlab software. The influence of the evolution of supercapacitor
parameters with ageing will be studied and their impact on the complete system operation will be
discussed.
3
2
Capacité (kF)
2.5
0
2
1.5
-2
1
0
-2
10
3
-1
10
0
10
2
10
3
10
Etat Initial (mesure)
Après 100,000 cycles (mesure)
Etat Initial (modèle)
Après 100,000 cycles (mesure)
2.5
Re(Z) (m Ω)
1
10
2
Im(Z) (m Ω)
0.5
-4
-6
-8
1.5
1
-10
0.5
0
-2
10
-1
10
0
10
Fé
1
10
(H )
2
10
3
10
-12
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Re(Z) (m Ω)
Allure de l’impédance du SC à l’état neuf et vieilli après 100,000 cycles
30
Session Orale 4 :
Les structures et systèmes électromagnétiques
13h45 – 15h45
31
32
Conférence EF 2009
MODELE ANALYTIQUE INTEGRANT DES EFFETS D’EXTREMITE
POUR LE PRE-DIMENSIONNEMENT DE MACHINES A AIMANTS
COURTES ET A GRAND ENTREFER
DROUEN Laurent(1), CHARPENTIER Jean-Frédéric(1),
SEMAIL Eric (2), CLENET Stéphane(2)
(1) IRENAV, Ecole Navale, BP 600, 29240 Brest-Armées, France
(2) L2EP, USTL, Bâtiment P2, 59655 Villeneuve d’Ascq, France
[email protected]
Mots Clés. Modèle analytique 3D, machine synchrone, aimants permanents, effets d’extrémité.
Cet article s’inscrit dans le cadre de travaux de modélisation de l’alternateur d’une génératrice
hydrolienne innovante. L’alternateur, couplé à une hélice à axe horizontal, est une machine synchrone à
aimants permanents, à bobinage concentré et à entraînement direct. L’originalité réside dans la structure
même de l’hydrolienne où le rotor et le stator sont placés en périphérie de l’hélice et protégés par une
tuyère. De fait, le diamètre, l’entrefer, ainsi que le couple et la vitesse de rotation, sont essentiellement
dictés par des considérations hydrodynamiques. Il en résulte des machines électriques originales de
forme annulaire: grand diamètre, grand entrefer, grand nombre de pôles et très courtes axialement. Leur
forme est assez proche de celle des machines dites « roue », utilisées par exemple pour les éoliennes à
entraînement direct, bien que ces dernières soient plus longues et leur dimensionnement plutôt dicté par
des considérations mécaniques. Pour ces géométries particulières, le dimensionnement doit prendre en
compte certaines spécificités notamment la part non négligeable de fuites magnétiques dans le sens axial.
Généralement négligées, à juste titre, pour des machines présentant des proportions classiques, il devient
important de considérer leurs effets pour des machines présentant un ratio entrefer / longueur axiale plus
élevé. Après avoir analysé l’importance des effets d’extrémité dans le calcul de la force électromotrice à
vide de ces machines, cet article propose des modèles analytiques 3D simples, appuyés par des
simulations par éléments finis 3D, permettant un calcul plus réaliste de la tension à vide. Ils seront
particulièrement adaptés à des travaux de pré dimensionnement systématique (optimisation) nécessitant
un ensemble d’outils simples, robustes et de bonne précision.
33
Papier EF2009_P23: O42
Conférence EF 2009
ETUDE D’UN GENERATEUR MICRO-CINETIQUE : MODELISATION
ENERGETIQUE ET OPTIMISATION DU TRANSFERT D’ENERGIE
LOSSEC Marianne, MULTON Bernard, BEN AHMED Hamid,
FREDY Carole, LE BOURHIS Florent, MOYA Sébastien
SATIE, ENS Cachan Antenne de Bretagne, CNRS, UEB, Campus de Ker Lann, 35170 BRUZ
[email protected]
Mots Clés. Générateur micro-cinétique, récupération d’énergie des mouvements humains,
modélisation électromécanique.
Cet article présente des travaux menés sur un générateur micro-cinétique conçu initialement pour
une montre bracelet, le système Autoquartz de la société Suisse ETA du groupe Swatch. Ce système
électromécanique original (avec stockage d’énergie intermédiaire dans un ressort), permettant de
récupérer l’énergie lors de mouvements, a été modélisé et testé en vue d’évaluer sa productivité
énergétique en situation quelconque (autre qu’en horlogerie où la consommation est extrêmement faible).
Figure 1 : Photo du système Autoquartz côté masselotte
Figure 2 : Vue 3D [1] du système mécanique
Un modèle électromécanique sous Matlab Simulink a été réalisé et validé expérimentalement sur
des profils de mouvements quelconques. Nous avons notamment mis en évidence l’existence d’un
transfert optimal d’énergie, pouvant être obtenu en régulant la tension en sortie du redresseur actif
connecté au générateur, ce qui permet de maximiser la récupération d’énergie. Une solution de régulation
a été élaborée afin de mettre en œuvre un régulateur à découpage commercial dans ce contexte original
où la tension à réguler n’est pas la tension de sortie du convertisseur, mais celle d’entrée. Toutefois, il
apparaît préférable, compte tenu des rendements sur cycle des convertisseurs statiques contrôlés de
petite puissance, de concevoir le générateur pour qu’il fonctionne naturellement au voisinage de son
rendement maximal.
34
Conférence EF 2009
SMALL HIGH DAMPING FORCE MRF ACTUATOR
Christophe BENOIT, Gregory MAGNAC, Frank CLAEYSSEN
Cedrat Technologies S.A., Meylan, France, www.cedrat.com
[email protected]
Keywords: Magneto Rheological Fluid ; MRF; Semi Active Damper ; Control of Vibration
The MRF actuators are new electromechanical components using Magneto Rheological Fluids (MRF) [1].
These smart fluids are characterized by their ability to change their rheological properties versus applied
magnetic field. They can switch from a liquid to an almost solid body. This effect is reversible and operates
in few milliseconds. MRF are used to create controllable damper, smart shock absorber or brakes.
Most of MRF actuators offer a controllable breaking force but not a blocking force at rest.
The self-looking feature has been obtained in the developed actuator thanks to a particular magnetic
circuit designed with FLUX software and knowledge acquired on MRF fluid magnetic and rheological
properties.
After having conceived several self locking latch and dampers, CEDRAT TECHNOLOGIES was asked to
conceive and realize a new challenging MRF actuator. The goal here can be summed up using few words:
“small size and high force”.
The paper is describing the conception methodology of MRF actuator to meet the customer requirements,
from the architecture choice to technology matter.
When conceiving an MRF actuator, there is the choice to use the flow mode, the shear mode or the
squeeze mode.
According to the advantage and drawbacks of each mode, the paper describes the mode selection
according to the requirements before dealing with the conception.
Once the fluid gap dimensions were determined, the key point was the design of the magnetic circuit.
Specific tools as FLUX software were used combined to our knowledge in magnetic characterizations of
the MRF. To offer a blocking force at rest which can be nullified when applying a current, a magnet is used
to create a high induction in the fluid gap, and a coil is used to override this induction.
To study the theoretical response time of the actuator, from blocked to free state, transient simulations
were achieved too. They took into account the eddy currents
creation and the propagation time of the magnetic field according to the material characteristics.
Once fluidic and magnetic conceptions were achieved, the
mechanical design was made. A specific attention was paid
for the reliability. The choice of the seals was crucial, as the
actuator has a high blocked force in a small size, applying a
force on the actuator creates high internal pressures.
The paper describes the test bench, and gives the trial
results. Static and dynamic issues are addressed and
compared to expected theoretical results.
35
Conférence EF 2009
ACTIONNEUR LINÉAIRE POLYENTREFER POUR
APPLICATIONS AÉRONAUTIQUES - COMPATIBILITÉ AVEC
UNE COMMANDE SANS CAPTEUR
DUMAS Florian*, ENRICI Philippe*, MATT Daniel*, BALDUCCI Gérard**
Institut d’Électronique du Sud - Groupe Énergie et Matériaux (IES-GEM) - Montpellier
**
Messier-Dowty SA - Zone Aéronautique Louis Breguet - 78142 Vélizy Vilacoublay, France
Email : * [email protected], ** [email protected]
*
Mots Clés : actionneur linéaire, polyentrefer, commande sans capteur, estimateur, Kalman.
Les recherches sur le thème d’avion plus électrique en aéronautique ont permis la mise au point
de nouveaux actionneurs électriques hautes performances. C’est dans cette optique que le Groupe
Énergie et Matériaux de l’Institut d’Électronique du Sud a travaillé ces dernières années sur le
développement d’un actionneur linéaire polyentrefer, en partenariat avec l’entreprise Messier-Dowty du
Groupe SAFRAN. Le but de cet actionneur est d’être implémenté au sein d’un train d’atterrissage (Figure
3
1). Les performances massiques et volumiques sont de 1000N/kg et 5000N/dm de matière active
²
obtenues pour des densités de courant d’environ 25A/mm .
Cet article présente un actionneur linéaire polyentrefer original et fait le point sur la possibilité de
réalisation d’une commande sans capteur qui viendrait se substituer à la commande avec capteur dans
un contexte de redondance.
Après
une
description
de
l’actionneur et de son fonctionnement, le
modèle électromécanique dans le plan de
Park est établi. Les auteurs décrivent
ensuite la structure de la commande, ainsi
que l’estimateur de position à partir d’un
filtre de Kalman étendu afin réaliser la
commande sans capteur.
Les
résultats
de
simulation
présentent une estimation précise de la
position, n’imputant pas les performances
de la commande si la position initiale de
l’axe de translation est connue. Lors d’une
imprécision sur cette position, l’ajout d’un
terme correctif sur l’algorithme du filtre
permet de le faire converger vers la vraie
valeur de position et ainsi obtenir un
démarrage de l’actionneur avec la force
précisée par le cahier des charges.
Cette commande sera dans l’avenir
implémentée in situ pour comparer
l’expérimentation avec les résultats de
Figure 1. Montage de l’actionneur sur la jambe d’un train d’atterrissage
simulation et ainsi voir la faisabilité d’une
telle commande pour cet actionneur
polyentrefer linéaire qui doit fournir une force élevée dès le démarrage.
36
Session Orale 5 :
Les systèmes électrotechniques pour les
transports
13h45 – 15h45
37
38
Conférence EF 2009
CALCUL D’UNE MATRICE DE CONCORDIA ETENDUE POUR DES
MACHINES SYNCHRONES POLYPHASEES SEGMENTEES EN
MARCHE NORMALE ET EN MARCHE DEGRADEE
BAUDART François*, LABRIQUE Francis*, MATAGNE Ernest*, TELTEU Dan**, ALEXANDRE
Paul**
*
Université catholique de Louvain(UCL), Centre de recherche en mécatronique (CEREM)
**
Société anonyme belge de construction aéronautique (S.A.B.C.A.)
[email protected]
Mots Clés. Machine synchrone polyphasée segmentée, transformation de Concordia étendue, marche dégradée,
commande vectorielle
Les machines dites à phases segmentées sont un type particulier des
machines synchrones à aimants permanents montés en surface. Elles ont la
particularité d’avoir une séparation physique des phases, chaque phase
occupant une section de la machine. Afin d’induire un système équilibré de
tensions dans les phases du stator, le nombre de paires de pôles est égal au
nombre de phases plus ou moins 1. La figure 1 présente une telle machine,
avec cinq phases et six paires de pôles.
Des études ont montré que ce type de machine est tout aussi
performant que les machines classiques. L’isolation physique des phases rend
ces machines intrinsèquement plus fiables que les machines classiques car un
Fig. 1. Machine segmentée
défaut ne peut apparaître entre deux phases, ni se propager d’une phase à
l’autre Un autre atout est l’isolation magnétique des phases qui facilite la détection et l’isolation d’un
défaut ; et entraîne une quasi-diagonalisation de la matrice des inductances.
Tout comme dans le cas de la commande vectorielle classique, on souhaite transformer les
courants en des variables indépendantes de la position. Plusieurs études se sont attachées à déterminer
une matrice de Concordia étendue aux machines polyphasées classiques [9-11]. Les solutions apportées
se focalisent sur la diagonalisation de la matrice des inductances. Dans le cas des machines segmentées,
le fait que l’on puisse négliger les inductances mutuelles permet de définir une transformation de
Concordia étendue plus simple.
Afin de contrôler les courants dans le monde dq et de conserver la transformation de Park
inchangée, l’idée est d’étendre la transformation de Concordia en calculant, à partir des n courants
mesurés, deux courants d’une machine αβ diphasée fictive régulant le couple, un courant homopolaire et
n-3 courants régulés à 0. Ces derniers sont obtenus par de simples combinaisons entre les courants de
référence, permettant d’obtenir une transformation de Concordia régulière et inversible.
Finalement, la possibilité de fonctionner après la perte d’une phase est abordée. A partir de la
redéfinition des courants sub-optimaux, conservant les mêmes performances en marche dégradée qu’en
marche normale, on décrit une méthode permettant de calculer une matrice de Concordia modifiée, à
partir de la matrice de Concordia étendue. Cette matrice de Concordia modifiée permet de ne pas
changer le schéma de régulation. Un dernier atout de cette méthode est qu’elle s’applique à n’importe
qu’elle matrice de Concordia étendue, et pas seulement à celle présentée dans cet article.
 iα 




i
 β


 i h1  =


 i h2 




 i h3 
 1

 0
2
1.618
5
 0
1 2

0.309 -0.809 -0.809 0.309   i1 

0.951 0.588 −0.588 -0.951  i 2 
 
0
1
1
0   i3 
 
1.618
0
1
1   i4 
 
1 2 1 2 1 2 1 2   i5 
C’ : la matrice de Concordia étendue transformant les
courants en marche normale en les courants αβ pour une
machine pentaphasée
 iα 




 iβ 


 i h1  =


 i h2 




 i h3 
0

0
2
0
5
0
0

0.309 -0.809 -0.809 0.309   i1 

0.951 0.588 -0.588 -0.951  i 2 
 
2.000 1.000 2.236 1.236   i3 
 
0
0
0
0   i4 
 
1 2 1 2 1 2 1 2   i5 
C’ : la matrice de Concordia modifiée transformant les
courants en marche dégradée en les courants αβ pour une
machine pentaphasée
39
Conférence EF 2009
STRATEGIE DE CONTROLE D’UN SYSTEME BIMACHINE
SYNCHRONE MONOCONVERTISSEUR :
CONNECTION EN PARALLELE SUR UN ONDULEUR MUTUALISE
Damien Bidart, Pascal Maussion, Maurice Fadel, Maria Pietrzak-David
Université de Toulouse; LAPLACE; CNRS, INPT, UPS ; 2 rue Camichel, 31071 Toulouse Cedex
France
[email protected], [email protected],
Mots Clés : Mutualisation / Système multimachines synchrones Monoonduleur / Machines en parallèle
Afin de rendre les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) attractives pour
l’aéronautique (volets d’avions, spoiler, système de freinage, …), il est intéressant de réduire le nombre
de modules d’électronique de puissance utilisé en les mutualisant. Le but de cette étude est donc de
brancher deux machines synchrones ayant les mêmes caractéristiques en parallèle sur un seul onduleur.
La structure étudiée est de type Maître/Esclave c'est-à-dire qu’un seul des deux moteurs (le maître) est
piloté, l’autre (l’esclave) fonctionnant en boucle ouverte. Vu que la même tension est appliquée sur les
deux moteurs, leur vitesse de rotation est identique en régime permanent.
Pour respecter le synchronisme des machines,
l’angle de charge δ (angle entre le flux statorique et le flux
rotorique) de la machine qui fonctionne en boucle ouverte
doit toujours rester inférieur à π/2. Afin de s’assurer de
ceci, le moteur que l’on doit piloter est celui qui a la valeur
de δ la plus élevée, c'est-à-dire celui qui est le plus chargé.
La charge appliquée sur le moteur peut changer, ce qui
implique que chacun des deux moteurs peut devenir
maître à tout instant. Il est donc nécessaire de pouvoir
contrôler chacun des moteurs.
On compare alors les positions rotoriques des
moteurs notées θ i, La machine qui a la plus petite valeur
pour cet angle est la machine la plus chargée et donc
devient maître.θ i étant déjà utilisé pour l’autopilotage,
aucun capteur supplémentaire n’est nécessaire. Comme
Fig.1 : La structure parallèle maitre/esclave :
décrit Fig.1, un signal Enable est alors créé grâce à un
Choix du moteur maitre
comparateur à hystérésis, ce qui permet de choisir quel
est le moteur maître.
Une simulation d’un tel système est réalisée avec deux moteurs entrainant chacun un axe grâce à
un système de vis à billes. Des variations de charge représentant des à-coups de vent sur des systèmes
de volets d’avion sont simulées alternativement sur chacune des machines. On remarque alors que grâce
au changement du signal Enable, le Moteur Maitre est bien celui sur lequel la charge la plus élevée et
appliquée, ce qui conduit à une stabilité du système. Durant le régime permanent, les vitesses des deux
moteurs correspondent bien à la référence. On observe des oscillations durant les régimes transitoires,
ces oscillations pouvant être atténuées en modulant la valeur de l’hystérésis appliqué lors de la
comparaison des positions.
Un tel système peut aussi être utilisé en redondance en cas panne d’un onduleur. De plus, il peut
s’appliquer à plus de 2 machines. Ainsi, des simulations ont été réalisées avec succès pour 4 machines
connectées en parallèle sur un même onduleur. Un banc expérimental avec deux machines entrainant
deux axes est actuellement en cours de réalisation.
40
Conférence EF 2009
REPRESENTATION ENERGETIQUE MACROSCOPIQUE D’UN
VEHICULE HYBRIDE LOURD D’ARCHITECTURE MODULABLE
SOLANO MARTINEZ Javier 1, BOULON Loïc 1, HISSEL Daniel 1, PERA Marie Cécile 1, AMIET
Michel 2
1
Université de Franche Comté, FEMTO-ST Département Energie, UMR CNRS 6174, 90010
Belfort Cedex, France
2
DGA/DET/CEP, PC 24, Bât. A06, 7-9 rue des Mathurins, 92221 Bagneux Cedex
[email protected]
Mots Clés. Véhicule hybride, Représentation Energétique Macroscopique, Modélisation et Simulation.
Cet article présente le développement de la Représentation Energétique Macroscopique (REM)
d’un véhicule hybride lourd d’architecture modulable (Figures 1 - 2.) : il s’agit du banc mobile d’essais
ECCE (Evaluation des Composants d’une Chaîne Electrique), (Figures 1 - 2.), véhicule conçu pour tester
les différents composants électriques (sources, électronique de puissance, machines électriques et
systèmes de commande) d’un véhicule en conditions d’usage réelles.
Figure 1. Banc ECCE
Figure 2. REM générique du banc ECCE
L’étude d’un système de ce niveau de complexité et dont la structure est modulaire afin de valider
différents concepts d’hybridation et de gestion d’énergie nécessite de trouver un outil adapté. La
représentation énergétique macroscopique REM a été choisie d’une part pour faciliter la connexion des
composants et prendre en considération leurs interactions.
La Représentation Energétique Macroscopique est un outil puissant pour l’analyse de systèmes
comportant de nombreux composants qui interagissent. Il est alors possible de décomposer ce système
en sous-systèmes indépendants tout en conservant une vision globale du système lors des étapes
d’interconnexion des sous systèmes et de la synthèse de la commande. Cette approche a été développée
pour le groupe électrogène – système inertiel sur le banc ECCE, base de l’étude.
La Structure Maximale de Commande est présentée comme un outil pour l’étude du pilotage
énergétique du banc ECCE. La SMC fournit ainsi une base méthodologique pour déterminer les chaînes
de réglages et les capteurs physiques ou logiciels nécessaires. A titre d’illustration, la SMC de la
configuration Pile à Combustible – Supercondensateurs du banc ECCE est donnée.
Enfin, la REM (resp. la SMC) fournissant une structure de modélisation (resp. de contrôle) mais pas
les modèles (resp. les correcteurs), le choix des modèles de composants et leur paramétrage relève du
savoir-faire de l’utilisateur. Un exemple de cette étape sera donné pour les supercondensateurs dans la
dernière partie.
41
Conférence EF 2009
SURVEILLANCE DES SYSTEMES DE TRACTION FERROVIAIRE PAR
MESURES NON INVASIVES SUR LES MACHINES ELECTRIQUES
HENAO Humberto, HEDAYATI KIA Shahin, CAPOLINO Gérard-André
Laboratoire des Technologies Innovantes (LTI - UPRES EA3899)
Equipe Energie Electrique et Systèmes Associés(EESA)
[email protected]
Mots Clés. Machines électriques, Traction ferroviaire, Surveillance, Diagnostic, Capteurs électriques
Le but de cet article est de présenter une méthode originale de surveillance d’un système de
traction à grande vitesse en utilisant les moteurs électriques comme capteur non invasifs afin de faire face
à la maintenance prédictive et surtout pour compléter les systèmes existants qui sont à base
d’accéléromètres. A cet effet, une modélisation complète du système de traction est présentée avec une
méthode de surveillance basée sur l’estimation du couple électromagnétique de la machine
d’entraînement. Pour valider la méthode proposée, un banc d’essai de traction à échelle réduite a été
construit et instrumenté. Cet équipement permet la mise en évidence des fréquences caractéristiques du
système mécanique à la fois en régime transitoire et en régime permanent. Des résultats expérimentaux
sur le banc de traction montrent la validité de la méthode proposée.
0
10
16,9Hz
6,6Hz
35,1Hz 45,4Hz
27Hz
0
25Hz
52Hz
-10
a)
Couple (N.m)
-4
10
0
5
0
10
15
6,6Hz
10
20
25
30
Fréquence (Hz)
16,9Hz
35
40
45
50
25Hz
b)
-2
10
-20
Courant statorique (dB)
-2
10
58,6Hz
-30
68,9Hz
77Hz
-40
c)
-50
-60
-70
-80
-90
-4
10
0
5
10
15
20
25
30
Fréquence (Hz)
35
40
45
50
-100
0
10
20
30
60
50
40
Fréquence (Hz)
70
80
90
100
Spectres du couple électromagnétique estimé (a), du couple mécanique mesuré (b) et du courant du
stator à charge nominale (c), mettant en évidence la présence d’un réducteur dans la chaîne de traction.
La méthode d’estimation du couple électromagnétique donne des résultats encourageants pour
identifier les fréquences caractéristiques de la partie mécanique en régime statique et en régime
transitoire. La sensibilité de détection est intéressante même avec un rapport signal/bruit affecté par la
présence d’un convertisseur statique. Cette dernière constatation est importante pour envisager
l’utilisation de cette technique comme une aide à la maintenance prédictive des réducteurs et d’autres
composants mécaniques dans un système de traction ferroviaire.
42
Session Poster 1
Th1 : Les structures et systèmes
électromagnétiques
15h45 – 17h00
43
44
Papier EF2009_P79: P01
Conférence EF 2009
Modèle Thermique Equivalent d’une Encoche Statorique
basé sur la Méthode FIT
L. Idoughi, X. Mininger et F. Bouillault
LGEP (CNRS(UMR 8507) ; SUPELEC ; Univ Paris-Sud ; UPMC Paris 6),
Plateau de Moulon, 11 rue Joliot-Curie ; F-91192 Gif sur Yvette Cedex ; France
[email protected]
Mots Clés : Méthode des éléments finis,
Homogénéisation, Finite Integration Technique.
modélisation
thermique,
Cet article propose une étude thermique d’une géométrie représentative d’une encoche
statorique, constituée de deux matériaux : des conducteurs en cuivre imprégnés dans une résine. Le but
étant de remplacer le bobinage par un seul matériau homogène, permettant ainsi de reproduire le
comportement thermique similaire à celui du bobinage réel. Dans le cas d’une répartition aléatoire, la
conductivité thermique équivalente du bobinage peut s’obtenir en passant par une homogénéisation du
matériau, celle-ci peut être obtenue par une modélisation semi analytique ou en se basant sur un calcul
numérique en valeur moyenne en considérant plusieurs tirages aléatoires (figure 1).
Fig. 1. Variation de la conductivité thermique équivalente en fonction du
taux de remplissage.
L’homogénéisation a été testée dans le cas d’une répartition aléatoire des conducteurs
électriques dans l’encoche, plus proche du cas réel du bobinage. Les résultats obtenus pour divers taux
de remplissage sont satisfaisants sur la prédiction du niveau d’échauffement.
Ensuite, un modèle thermique équivalent a été proposé nous permettant de représenter les
échanges thermiques qui ont lieu au sein de l’encoche. Pour établir ce modèle, on propose ici d’utiliser la
méthode FIT (Finite Integration Technique) qui est basée sur la discrétisation de l’espace et des
opérateurs d’équations thermiques. Les résultats de simulations montrent une bonne concordance entre
le modèle éléments finis et le modèle analytique sur l’évaluation des températures dans l’encoche. Son
intérêt principal est de nécessiter un temps de simulation quasiment instantanée
45
Conférence EF 2009
DETECTION DES RESONANCES HF DANS LES BOBINAGES DES
MACHINES ELECTRIQUES
BOUGHANMI Walid 1,2, ROGER Daniel 1,2, AIT-AMAR Sonia1, 2
1
Univ. Lille Nord de France, F-59000 Lille, France
2
UArtois, LSEE, F-62400 Béthune, France, [email protected]
Mots clés. Vieillissement, Résonance HF, Isolation inter-spires, Machines Electriques.
Lorsque l'émail qui recouvre les fils de cuivre des bobinages vieillit, les performances de
l'isolation diminuent et la capacité inter-spire augmente de façon significative. Les variations de cette
capacité peuvent être considérées comme un indicateur du vieillissement du Système d'Isolation
Électrique (SIE). Dans une machine, les capacités inter-spires sont associées à diverses inductances et
forment un ensemble complexe qui possède plusieurs fréquences de résonances beaucoup plus
élevées que la fréquence de travail de la machine. La qualité du SIE peut donc être suivie en mesurant
les dérives des résonances HF de ses enroulements. Pour les machines basses tension de fortes
puissances, le spectre d'impédance (Fig. 1), montre que des résonances intéressantes existent dans la
gamme 10MHz - 100MHz. L’articule proposé décrit des méthodes de mesure d’impédance des
enroulements d’une grande machine, dans cette gamme de fréquence, en prenant en compte le
système de connexion.
4
10
X: 5.565e+006
Y: 1470
3
Module Impédance (ohms)
10
2
10
1
10
X: 3.178e+007
Y: 9.694
0
10
6
10
7
10
Fréquence (Hz)
Figure 2. Module d’impédance de la section de la machine 135KW en fonction de la fréquence.
Les variations des capacités inter-spires dues au vieillissement du diélectrique deviennent
détectables par la mesure de certaines résonances, par le biais du courant qui circule dans les bobinages,
à condition d’injecter un signal de mesure à une fréquence proche d'une résonance série. Un montage
simple, industrialisable, a été réalisé pour une machine synchrone de 135 KW. Une mesure du courant
parcouru dans la bobine est faite et donne à la fréquence f=31MHz un maximum principal d’amplitude 1.5
A et un saut de phase important. Ces résultats prouvent qu’il est possible de suivre indirectement les
variations de la fréquence série choisie avec une mesure de la phase de la composante du courant, à
condition de disposer d'un injecteur correctement dimensionné.
46
Conférence EF 2009
TRANSFERT D’ENERGIE SANS CONTACT :
PRE DIMENSIONNEMENT D’UN COUPLEUR DE FORTE PUISSANCE
SIBUE Jean-Romain1, 2, FERRIEUX Jean-Paul1, MEUNIER Gérard1, PERIOT Robert2.
1
G2ELAB, ENSE3 – BP46 – 38402 Saint Martin d’Hères Cedex
2
ALSTOM, BP4 – Rue du docteur Guinier, 65601 Séméac Cedex
[email protected], [email protected].
Mots Clés : Transfert d’énergie
dimensionnement, simulation.
sans
contact,
induction,
couplage
magnétique,
Le transfert d’énergie sans contact est intéressant pour des applications aérospatiales dans le
cadre d’alimentation de deux systèmes en rotation l’un par rapport à l’autre, pour des chargeurs de
batterie (charge fixe) et pour l’alimentation de véhicules en mouvement. Dans ce dernier cas, le primaire
du circuit magnétique est composé d’une simple boucle de courant sans circuit magnétique. L’objectif est
d’utiliser le couplage inductif pour alimenter des trains, que ce soit en ligne ou en station. En effet, les
évolutions sur les composants permettent d’envisager la transmission d’énergie de traction à l’arrêt ou en
ligne à des véhicules ferroviaires. Pour des engins rapides, la puissance nécessaire est de l’ordre de 1.5
MW par bogie.
La phase de conception d’un coupleur (transformateur à entrefer important) peut se diviser en
deux étapes. La première, dite de pré dimensionnement permet de déduire, à partir d’un cahier des
charges précis, la géométrie du circuit magnétique et les caractéristiques des conducteurs. Lors de la
deuxième phase, l’objectif est de réaliser un dimensionnement plus fin. Pour cela, il s’agit de déterminer
précisément les pertes, l’induction dans le circuit magnétique, les forces électromécaniques locales au
sein du composant,... Cet article cherche à présenter une méthode pour la phase de pré
dimensionnement pour une charge fixe.
On suppose que les circuits magnétiques ont une surface de coupe identique et sont en regard
(fig. 1). A cause de la présence d’un entrefer important, le
schéma électrique (inductif) équivalent du coupleur sera donc
composé d’une grande inductance de fuite et d’une faible
inductance magnétisante. Cela aura pour inconvénient majeur
d’augmenter le courant primaire total à cause du fort courant
magnétisant et d’imposer une chute de tension importante aux
bornes de l’inductance de fuite. Pour dimensionner ce type de
composant, il est donc nécessaire de prendre en compte
l’influence des paramètres inductifs sur les grandeurs
électriques. Afin de déterminer ces grandeurs, il faut être
Figure 1. Vue en coupe d’un
capable de déterminer un schéma électrique équivalent à partir
coupleur
des géométries des circuits magnétiques et des caractéristiques
des enroulements (nombres de spires). De plus comme les
caractéristiques finales du coupleur agissent sur les grandeurs utiles au dimensionnement, une méthode
de conception dédiée à ce type de composant est nécessaire.
Un modèle analytique de type magnétostatique basé sur les réseaux de réluctances est proposé.
Il permet de déterminer les paramètres inductifs à partir de la géométrie du coupleur. Un algorithme de
dimensionnement est présenté. Les méthodes par éléments finis ont été utilisées pour valider le modèle
et l’outil d’aide au dimensionnement. Les résultats obtenus sont encourageants quant à l’utilisation de ce
type de coupleur pour transférer une puissance d’environ 1.5 MW avec un entrefer variant de 10 à 20 mm.
47
48
Session Poster 1
Th4 : Les systèmes électrotechniques pour les
transports
15h45 – 17h00
49
50
Conférence EF 2009
COMMANDE D’UN ACTIONNEUR D’EMBRAYAGE
POUR UN BANC D’ESSAI MOTEUR
LHOMME Walter1, TRIGUI Rochdi2, BOUSCAYROL Alain1, JEANNERET Bruno2
1
Université de Lille 1, L2EP, 59 655 Villeneuve d’Ascq, France
2
INRETS, LTE, 69 675 Bron, France
Mots Clés. Embrayage, Actionneur, Mécatronique, Représentation Énergétique Macroscopique
(REM), Commande
1
Les systèmes et composants mécatroniques sont des éléments prépondérants et omniprésents dans
le domaine de l’automobile. Les progrès réalisés ces dernières années ont permis d’améliorer
considérablement le contrôle du moteur thermique (ex : injection directe), la sécurité (ex : système
antiblocage – ABS, contrôle dynamique de trajectoire – ESP) ou encore l’aide à la conduite via les
systèmes de type « X by wire » (ex : accélérateur électronique – « drive by wire »).
Les fortes interactions entre les différents composants des systèmes mécatroniques requièrent de les
étudier dans leur globalité. Afin d’optimiser leurs comportements, la modélisation et la simulation sont une
étape d’étude importante. Parmi les différentes représentations graphiques existantes tel que le Bond
Graph, la Représentation Énergétique Macroscopique (REM) est bien adaptée pour l’étude des systèmes
mécatroniques. En effet, ces outils ont été conçus pour organiser le système selon une approche
systémique, c'est-à-dire une analyse globale où les différents composants sont dans une relation
d’interdépendance.
Cet article présente la commande d’un actionneur mécatronique d’embrayage (Figure 3) pour un banc
d’essai moteur. L’intérêt du banc d’essai est de pouvoir simuler/émuler les contraintes énergétiques que
peut subir le système de propulsion d’un véhicule lors de la conduite. Le but du système étudié est de
reproduire la commande au pied du conducteur de l’embrayage via l’actionneur.
La première partie de cet article présente le système étudié, c'est-à-dire l’actionneur de l’embrayage
ainsi que son fonctionnement. La seconde partie est dédiée à la modélisation du système. La troisième et
dernière partie présente la commande de l’architecture étudiée ainsi que des résultats d’expérimentation.
Diaphragme
Plateau presseur
Butée
Disque
Arbre secondaire
Réservoir
Codeur
Électrovanne
Hacheur
Arbre primaire
MCC
Liaison
Hydraulique
Volant moteur
Alim 12 V
Vis-écrou
fhach
Couvercle
Cylindre récepteur
Cylindre émetteur
Ressort de Compensation
Fourchette
Figure 3. Architecture de l’actionneur du banc d’essai
1
Le terme « mécatronique » résulte de la contraction de mécanique et d’électronique. La mécatronique s’intéresse aux aspects
matériel (hardware) et logiciel (software) de l’électronique et la mécanique dans son acceptation la plus large : elle inclut aussi
l’hydraulique.
51
Conférence EF 2009
MISE EN OEUVRE DE LA CONDUCTION CONTINUE
POUR LA COMMANDE DE LA MACHINE
A RELUCTANCE VARIABLE
Hala Hannoun, Mickaël Hilairet, Claude Marchand
LGEP/SPEE Labs; CNRS UMR8507; Supelec; Univ Pierre et Marie Curie-P6;
Univ Paris Sud-P11; F-91192 Gif-sur-Yvette
Email : (mickael.hilairet,claude.marchand)@lgep.supelec.fr
Résumé
Cette étude concerne la commande en vitesse d'une Machine à Réluctance Variable (MRV). La stratégie
proposée permet de passer du mode de conduction discontinue habituel au mode de conduction continue
selon le point de fonctionnement désiré. L'avantage de ce nouveau mode est de maintenir une puissance
maximale constante sur une large plage de vitesses. Cet objectif est recherché dans de nombreuses
applications parmi lesquelles la traction électrique, et rend la MRV comparable aux machines alternatives
sans la contrainte de réduction du flux aux hautes vitesses.
52
Conférence EF 2009
ETUDE D'UNE CHAINE DE PUISSANCE AUXILIAIRE EN TRACTION
FERROVIAIRE FACE A UNE SURTENSION DE CATENAIRE
DEBLECKER Olivier1, BERTRAND Pierre2 et VERSÈLE Christophe1
1
Service de Génie électrique, Faculté Polytechnique de Mons,
Bd. Dolez, 31, 7000 Mons (Belgique)
2
Alstom-Transport Belgium, Rue Cambier Dupret, 50/52, 6001, Charleroi (Belgique)
[email protected]
Mots-clés. Véhicule ferroviaire, chaîne auxiliaire, soft crowbar, surtension.
En traction ferroviaire, les équipements consommateurs d’énergie électrique embarqués à bord
du train, tels que la climatisation, l’éclairage, etc., sont alimentés par une chaîne de puissance auxiliaire
raccordée sur la caténaire. En pratique, la tension de la caténaire est loin d’être stable et peut même
atteindre un niveau dommageable en cas de coup de foudre. Afin de ne pas détruire le matériel, des
dispositifs de protection sont normalement prévus le long de la suspension caténaire (parafoudres) ; leur
effet protecteur est cependant limité en distance en raison des vitesses de propagation d’ondes de foudre
le long des câbles. Il faut donc également équiper la locomotive, et plus spécifiquement la chaîne de
puissance auxiliaire, d’un moyen de protection efficace contre les surtensions transitoires. On utilise pour
cela un circuit appelé « soft crowbar », interposé entre le filtre d’entrée et l’onduleur auxiliaire, dont le rôle
est d’écrêter la surtension transitoire lorsqu’elle se produit. Ce circuit est composé généralement d'IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor) et commandé via l'électronique pour s'enclencher entre deux seuils de
tension prédéfinis.
Dans cette contribution, nous considérons la possibilité d’éliminer le circuit « soft crowbar » afin
de réduire la masse embarquée et l’encombrement. En cas de surtension à la caténaire, l’action que
nous proposons consiste à couper l’onduleur auxiliaire dès que la tension continue en entrée de celui-ci
atteint un seuil donné (seuil de coupure) dépendant du calibre des modules IGBT utilisés.
Notre démarche est la suivante. Dans un premier temps, nous présentons quelques résultats
expérimentaux afin d’illustrer les divers phénomènes susceptibles de mettre en danger l’onduleur
auxiliaire lorsque celui-ci est coupé sous tension continue d’entrée anormalement élevée. La charge
raccordée à la chaîne de puissance auxiliaire est de type inertiel (moteur asynchrone entraînant un
ventilateur). Nous rappelons aussi la norme IEC 61287-1 qui définit le gabarit de surtensions transitoires.
Ensuite, nous apportons un éclairage théorique sur ces résultats, en développant plus particulièrement
l’étude de la séquence de roue libre des courants de sortie de l’onduleur. Un modèle est proposé à la fois
pour le mode triphasé et le mode monophasé (quand un des courants de roue libre a cessé de circuler).
L’apparition d’oscillations de tensions aux bornes des interrupteurs, une fois la séquence de roue libre
terminée, fera également l’objet d’une justification théorique. A partir d’un exemple numérique fondé sur
des valeurs de paramètres réalistes (éléments des filtres d’entrée et de sortie, etc.) et corroborant les
résultats expérimentaux, il est établi que la séquence de roue libre des courants ne risque pas de détruire
les IGBT de l’onduleur. En effet, dans le cas le plus défavorable, les temps de roue libre observés
expérimentalement et calculés numériquement (100 à 200 µs) sont typiquement un ordre de grandeur en
dessous du temps de montée de la tension d’entrée de l’onduleur, du seuil de coupure jusqu’au seuil de
tension critique pour les modules IGBT. En revanche, nous montrons que les oscillations de tensions aux
bornes des interrupteurs, dues au fonctionnement temporaire de la charge en mode générateur autoexcité, constituent un danger potentiel pour l’intégrité du matériel.
53
Conférence EF 2009
Convertisseur universel pour les véhicules électriques
Multi-sources multi-charges
A. Boucherit*, A. Djerdir*, , M. Cirrincione*
*
SeT-FClab – UTBM, 13 rue Thierry Mieg,90000 Belfort France
Mots-clés : Véhicule électrique, piles à combustible, super-capacités, convertisseurs électriques DC/DC,
DC/AC, Convertisseurs Matricielles.
L’utilisation des plusieurs sources d’énergies de caractéristique différentes, à bord du véhicule
électrique (VE) nécessite l’adoption de convertisseurs statiques. Ces derniers peuvent avoir la fonction
de conditionneur d’énergie des différentes sources et/ou de commander les machines électriques du
véhicule. Jusqu’a présent, tous les prototypes des VE disposent d’un bus continu « de quelque centaines
de volts » dont la stabilité est assurée par un groupe de convertisseurs élévateurs de tension (du fait que
les sources ont généralement un niveau de tension faible ; quelques dizaines de volts) Lors des
démarrages/arrêts très fréquents du VE en mode urbain, les sources pourraient alimenter directement le
moteur de traction sans avoir recours aux convertisseurs élévateurs de tension. Afin d’exploiter cette
fonctionnalité, nous proposons d’explorer une deuxième architecture de convertisseur basée sur
l’adoption d’un niveau de tension variable du bus continu. Dans cette approche, la tension minimale de ce
dernier est fixée en fonction des niveaux de tensions disponibles du côté des sources et de la vitesse
requise (niveau des fem du moteur de traction). Ainsi, le rapport variable d’élévation de la tension est
minimal à faible vitesse du véhicule en mode urbain et il est maximal à grande vitesse, en modes route et
autoroute. Ceci apportera une amélioration du rendement énergétique de l’ensemble sources-moteurs
notamment en mode urbain. Par ailleurs, afin de réduire le volume de l’électronique de puissance, nous
intégrerons d’une part, tous les composants semi-conducteurs sur un même boîtier avec un seul
refroidisseur et d’autre part, nous mutualiserons les condensateurs de filtrage (côté sources côté moteurs)
en un seul. Le branchement de ce condensateur et les bobines des sources ne sera plus permanent mais
intermittent en fonction du régime de fonctionnement. De plus, il sera également, possible de centraliser
toute l’électronique de commande, de mesure et d’acquisition. La topologie des convertisseurs matriciels
est une des structures préconisées pour répondre à ce besoin. Ce dernier relie deux sources (une pile à
combustible « PàC » et un pack de supercondensateurs « SC »), une capacité de filtrage du bus continu
C1, deux moteurs (moteur de traction MCC et moteur du compresseur de la PàC MAS) et les auxiliaires.
Le but de ce papier est de présenter la structure du convertisseur statique choisi pour assurer tous
les échanges d’énergies possibles entre les différents éléments du système (entre les sources, entre les
sources et les moteurs, entre les moteurs, …). Après avoir exposé les principaux modes de
fonctionnement du convertisseur, nous expliquons le principe de son modèle mathématique. Quelques
résultats de simulation, mettant en œuvre ce modèle sur l’un des modes de fonctionnement, sont
également présentés. Enfin, quelques éléments sur le dimensionnement et la conception de la maquette à
échelle réduite du convertisseur étudié, actuellement en cours du développement au SET/FCLAB, sont
donnés.
54
Conférence EF 2009
ESTIMATION DE LA POSITION D’UNE MACHINE PENTAPHASEE EN
CONTROLE VECTORIEL
Lu li (1)(2), SEMAIL eric(1)(2), KESTELYN xavier (1)(2)
(1) Arts et Métiers ParisTech, L2EP, CER de Lille, Bd Louis XIV, F-59046 Lille, France
(2) Univ Lille Nord de France, F-59000 LILLE, France
[email protected]
Résumé
Dans le domaine des systèmes embarqués (avionique, marine, automobile), l’emploi
d’entrainements électriques permet d’optimiser le rendement énergétique du système en apportant plus
de souplesse dans la gestion énergétique. Une des facettes du rendement global d’un système est son
taux de disponibilité que ce soit dans les systèmes de transport ou ceux de production de l’énergie à partir
de sources renouvelable. Or, l’environnement des systèmes embarqués est souvent difficile
(températures extrêmes, humidité,…). De ce fait, les entrainements électriques se doivent donc de
présenter une aptitude la tolérance aux pannes : on cherche en fonctionnement dégradé à conserver la
fonctionnalité de conversion électromécanique même si la puissance est réduire.
De ce fait, les entrainements électriques polyphasés, naturellement à tolérance de pannes,
font l’objet de nombreuses investigations tant du point de vue de la conception que de la commande,
notamment en mode dégradé lorsqu’une ou plusieurs phases ne sont plus alimentées.
Munis de contrôles vectoriels, ces entraînements nécessitent la présence de capteur de position
(codeur optique ou synchro-résolver). L’objet du papier est de proposer une estimation de la position θ
qui pourra se substituer à celle du capteur en cas de panne de celui-ci. Le contrôle vectoriel dans le
repère de Park pourra ainsi être conservé. Dans le cas des entraînements triphasés de très nombreuses
méthodes ont été proposées par contre très peu d’études existent sur les machines polyphasées.
L’originalité de la méthode proposée repose sur l’exploitation de caractéristiques harmoniques
particulières des machines polyphasées par rapport aux machines triphasées.
En triphasé, l’harmonique de rang trois de force électromotrice d’une machine synchrone à p
paires de pôles est utilisé, dans certaines méthodes sans capteur pour estimer les instants de
commutation d’une commande en trapèze. Pour une machine à 5 phases vérifiant certaines hypothèses
en termes de contenu spectral de force électromotrice, il est possible, non seulement de déterminer ces
mêmes instants de commutation pour une commande trapèze, mais de plus d’estimer la position réelle θ,
nécessaire pour réaliser la transformée de Park en commande vectorielle. Il est en effet possible dans ce
cas d’obtenir non seulement comme en triphasé sin(3pθ), mais également cos (3pθ) et sin(5pθ) : ces trois
grandeurs permettent de déterminer sans équivoque θ alors que sin(3pθ) donne au mieux pθ à 120°
près.
Mots Clés. Système embarqué, commande sans capteur, tolérance de panne, commande vectorielle,
machine polyphasée, machine synchrone à aimants permanents.
55
Conférence EF 2009
Estimation de la résultante des forces agissant sur le rotor de MSAP à
bobinage concentrique dans le cadre d’application aéronautiques
1
Nicolas Velly1,2, Noureddine Takorabet1, Farid Meibody-Tabar1
Nancy University – GREEN 2, av. de la Forêt de Haye 54516 Vandoeuvre-lès Nancy, France
2
Messier-Bugatti SAFRAN Group route militaire Vélizy-Villacoublay 78140, France
[email protected]
Résumé
Le domaine de l’aéronautique est de plus en plus enclin à se tourner vers des technologies propres
dans un souci environnemental. Les normes exigeantes que requière ce domaine en terme de
disponibilité et fiabilité, poussent les constructeurs à se tourner vers des topologies spéciales
d’actionneurs électriques. Les moteurs synchrones à aimants permanents (MSAP) sont reconnus pour
leur fort couple massique et sont donc adaptés pour l’aéronautique. Pour augmenter le couple massique
des MSAP, une solution consiste à utiliser des machines à plots à bobinage concentrique et en
augmentant le nombre de pôles rotoriques. De plus, pour augmenter la disponibilité des actionneurs
électriques, ils sont souvent redondés. Pour accroître la disponibilité et réduire le poids, on est amené à
utiliser une machine double-étoile dont chacune des étoiles est alimentée par son propre onduleur. En
cas de défaut au sein d’un des onduleurs, seul un des deux enroulements triphasés est alimenté à
double de puissance. Cependant cette alimentation modifie la distribution de courant et donc la
distribution de l’induction dans l’entrefer et pourrait générer un déséquilibre des forces radiales agissant
le rotor. Ce déséquilibre peut entraîner un vieillissement prématuré des roulements et diminuer ainsi la
durée de vie de l’actionneur.
L’objectif de cet article est d’analyser les forces radiales dans les MSAP à plots et en déduire une
méthode analytique d’estimation des efforts radiaux dans ces machines. La méthode proposée permet
de déduire l’évolution au cours du temps de la résultante des forces agissant sur le rotor grâce à la
connaissance du spectre harmonique de l’induction dans l’entrefer. Une recherche de bonne supérieure
a également été menée afin de déterminer un ordre de grandeur des forces en jeu. Pour illustrer cette
étude, nous appliquerons cette méthode analytique sur plusieurs exemples de machines triphasées et
double étoile à bobinage concentrique.
56
Session Poster 1
Th9 : Actionneur électrique dédié au véhicule
propre
15h45 – 17h00
57
58
Conférence EF 2009
CONTROLE DIRECT DE COUPLE D’UNE MACHINE ASYNCHRONE
HEXAPHASEE EN MODE DEGRADE
R.ALCHAREA* ,R.KIANINEZHAD**, B.NAHID***,F.BETIN*, G.A.CAPOLINO*
* Université de Picardie, Jules Verne,
** university of Shahid Chamran, IRAN
*** GREEN, Vandœuvre-lès-Nancy
Mots Clés. Machine asynchrone héxaphasée, Contrôle direct de couple, Mode dégradé
Résumé
Dans cet article, nous proposons une nouvelle méthode de contrôle directe du
couple de la machine asynchrone hexaphasée en mode dégradé avec une
phase ouverte. Cette méthode consiste à calculer le vecteur théorique de la
tension requis pour contrôler le couple électromagnétique et le flux statorique.
L'avantage de cette méthodologie réside dans le maintien de la fréquence de
commutation à une valeur fixe quel que soit le point de fonctionnement. De plus
les courants de phase sont plus sinusoïdaux comparés avec ceux qu’on obtient
avec le contrôle direct de couple classique. Les résultats de simulation et
expérimentaux obtenus sur le banc d’essai (voir figure ci-dessous) confirment
les performances de la méthode proposée.
Alimentation continue
Onduleur de tension
hexaphasé
Carte FPGA
6 capteurs de
courants
Adaptation et
anti-repliement
Phases
statoriques
Carte d’acquisition
PC 1
Liaison
Ethernet
PC 2
Codeur incrémental de
position
Frein à poudre
Machine à induction hexaphasée
Architecture de l’ensemble machine + convertisseur.
59
Conférence EF 2009
RESOLUTION FORMELLE 3D DES EQUATIONS DE MAXWELL POUR
UNE MACHINE SYNCHRONE A FLUX AXIAL A AIMANTS
PERMANENTS
O. de la Barrière, S. Hlioui, H. Ben Ahmed, M. Gabsi, M. LoBue
SATIE, ENS Cachan, Paris XI, CNRS, Universud
61, av. Président Wilson, F-94230 Cachan, France
Email: [email protected]
Session spéciale: Modèles analytiques d’actionneurs électromagnétiques pour la conception.
Résumé
Cet article présente un modèle analytique tridimensionnel d’une machine à flux axial à aimants
permanents, fondé sur la résolution formelle des équations de Maxwell. La machine considérée
sera, par mesure de simplification, à pôles lisses, et le stator sera également lissé par le biais du
coefficient de Carter. Nous allons, en premier lieu, exposer une stratégie de calcul du flux à vide de
cette machine. Puis, dans un second temps, nous comparerons cette méthode avec la manière
classique de modéliser ce genre d’actionneurs à flux axial, qui consiste à développer la structure au
niveau de son rayon moyen, de façon à se ramener à un actionneur linéaire.
Mots Clés. Machine à flux axial, machine à aimants permanents, modélisation analytique
Les machines à flux axial à aimants permanents sont intéressantes dans les applications
industrielles à plusieurs points de vue. D’une part, leur forme discoïde facilite leur intégration au sein des
systèmes industriels pour lesquels la place est limitée. D’autre part, ces machines disposent d’un couple
volumique plus important que leurs homologues à flux radial
MODELE PRESENTE
Nous allons étudier une machine à flux axial simple face classique, à aimants déposés, sous
l’hypothèse de matériaux ferromagnétiques idéaux.
La résolution proposée concerne uniquement le flux à vide. La résolution analytique se fait en
potentiel scalaire: la surface de l’aimant sera modélisée par une densité surfacique de charges
magnétiques fictives. Sous cette hypothèse, la solution en potentiel scalaire demandera la résolution de
l’équation de Laplace suivante:
(1)
∆ψ =
0
La résolution se fera en coordonnées cylindriques, sous le principe de la séparation de variables:
ψ=
(2)
( r ,θ , z ) Z ( z ) R ( r ) Θ (θ )
COMPARAISON MODELE MACHINE A FLUX AXIAL-MODELE LINEAIRE EQUIVALENT
Une approximation couramment effectuée pour modéliser les machines à flux axial est de
pratiquer un développement de la structure au niveau de son rayon moyen. On obtient ainsi un actionneur
linéaire équivalent, dont le pas polaireτ est égal au pas polaire moyen de la machine à flux axial, et dont
l’épaisseur n’est autre que ΔR (différentiel entre rayon externe et interne de la machine).
Nous avons réalisé un modèle de la machine linéaire équivalente, et nous avons comparé les
valeurs des flux fournis par le modèle de la machine à flux axial d’une part, et par la machine linéaire
d’autre part. Les deux valeurs sont très semblables. Néanmoins, l’effet de courbure introduit certaines
spécificités dans le mécanisme de fuites de la machine à flux axial, qu’il est intéressant d’étudier.
60
Conférence EF 2009
METHODES DE COMPENSATION DE LA REACTION D’INDUIT ET
OPTIMISATION PAR LA METHODE DES PLANS D’EXPERIENCES
L. LI ¹ ² , A.FOGGIA ¹, A.KEDOUS-.LEBOUC ¹ et J.C. MIPO ²
¹ G2Elab, Laboratoire de Génie électrique de Grenoble, Grenoble INP-UJF-CNRS UMR 5269
961, Rue de la Houille Blanche
ENSIEG - BP 46 - 38402 Saint-Martin-d'Hères Cedex
² Valeo Equipements Electriques Moteur
2, Rue André Boulle, 94046 Créteil Cedex
E-mail: [email protected]
RESUME
Les machines synchrones disposent de nombreuses propriétés intéressantes pour des applications sur
véhicules hybrides. La possibilité de contrôler le flux du rotor de ces machines reste un avantage pour le
contrôle de vitesse. Cet article présente une structure de machine à double excitation et certaines
méthodes pour améliorer les performances de la machine. Lors de la phase de dimensionnement, il est
apparu que la réaction d’induit avait un effet magnétisant en rentrant dans un pôle et un effet
démagnétisant en sortant de ce pôle. Des dispositifs ont été introduits pour atténuer cet effet.
61
Conférence EF 2009
COMMANDE DIRECTE DU COUPLE D’UN MOTEUR ASYNCHRONE
ALIMANTE PAR UN ONDULEUR MULTINIVEAUX ASYMETRIQUE
POUR LA PROPULSION D’UN VEHICULE ELECTRIQUE URBAIN
KHOUCHA F.1,2, KHOUDIRI A.2, BENBOUZID M.E.H.1 et KHELOUI A.2
1
2
Ecole Militaire Polytechnique, UER Electrotechnique
16111 Alger, Algérie
Mots Clés. Véhicule électrique, moteur asynchrone, commande directe du couple (DTC),
convertisseur multiniveaux asymétrique, MLI hybride.
Cet article présente une technique de commande d’un moteur asynchrone alimenté par un onduleur
asymétrique en cascade, destinée à des systèmes d’entraînements électriques de type véhicule urbain.
Cette technique de contrôle est basée sur le principe de la commande directe du couple, la référence du
vecteur de tension de l’onduleur est calculée à partir de l’erreur de flux imposée par le contrôleur de couple.
Cette référence de tension est alors produite par l’utilisation d’un onduleur multiniveaux asymétrique en H,
dont les cellules du convertisseur sont alimentées par des sources de tensions de nature différentes qui
peuvent être dans le cas du véhicule électrique : des piles à combustibles, des batteries ou des
supercondensateurs. Cette structure d’onduleur fournie des tensions presque sinusoïdales avec un taux
d’harmonique très faible. En raison du faible gradient de la tension, les ondulations de couple sont
considérablement réduites. Un autre avantage de la structure asymétrique est l’utilisation de différents types
de composants qui peuvent commutés à des fréquences élevées avec des pertes réduites. Par conséquent,
de bonnes performances dynamiques en terme de vitesse et de couple sont obtenues, permettant ainsi à la
commande directe du couple associée à des convertisseurs asymétriques d’être un excellent candidat pour
des applications de type véhicule électrique urbain.
62
Conférence EF 2009
DIMENSIONNEMENT ET COMPARAISON DE MACHINES
SYNCHRONES A CONCENTRATION DE FLUX A ENCOCHAGE
FRACTIONNAIRE POUR UNE APPLICATION VEHICULE HYBRIDE
NGUYEN Phi Hung, HOANG Emmanuel, GABSI Mohamed, LECRIVAIN Michel
SATIE, ENS Cachan, CNRS, UniverSud
61 av du président Wilson, F-94230 Cachan, France
Mots Clés. Machines synchrones, aimants permanents, concentration de flux, encochage
fractionnaire, motorisation électrique de camion, cycle de fonctionnement.
Le véhicule hybride permet d’allier les avantages des véhicules thermiques et des véhicules
électriques. Plusieurs chercheurs et industriels font des recherches sur des technologies de machines
pour ce type d’applications. Cet article s’inscrit dans le contexte d’une motorisation électrique de camion
qui donne un couple pouvant atteindre 500Nm et
une vitesse de rotation maximale de 3000tr/min. Il
présente le dimensionnement et la comparaison
de deux structures de machines synchrones à
concentration de flux (MSCF). Ce sont des
machines à aimants permanents enterrés au
rotor, à bobinages concentrés et à encochage
fractionnaire. Les calculs et les modélisations
sont basés sur l’analyse par éléments finis (EF2D) en tenant compte de la saturation
magnétique.
(a)
(b)
Après
avoir
dimensionné
paramétriquement ces deux structures, nous
Figure 1. Deux MSCF avec 12 encoches et 8 aimants(a) et 16 aimants(b)
avons calculé les pertes cuivre moyennes et les
pertes fer moyennes sur un cycle de
fonctionnement du véhicule. Les pertes fer sont
calculées uniquement au stator et à vide. Le
résultat est présenté dans le tableau I, ce qui
donne une vue globale sur les performances des
machines en termes de la consommation
d’énergie.
Ce résultat montre que la machine à 8APs
donne plus de pertes cuivre alors que la machine à
(a)
(b)
16APs donne plus de pertes fer. Il nous montre
également que l’amélioration du rendement de la
Figure 2. Pertes cuivre (a) et pertes fer (b) sur le cycle de fonctionnement
machine à 8APs passe par l’optimisation des
pertes cuivre alors que celle de la machine à
p=4
p=8
16APs nécessite la diminution des pertes fer. En
totalité, les pertes moyennes sur le cycle de
Pertes cuivre moyennes (W)
522
163
fonctionnement pour 16APs sont plus faibles que
la machine à 8APs. Par conséquent, le rendement
Pertes fer moyennes (W)
185
445
moyen sur le cycle de la machine 16APs est plus
élevé que celui de la machine 8APs. Ce fait est
Pertes totales moyennes (W)
707
608
très avantageux pour diminuer la consommation
de véhicule. C’est le point le plus important de
Rendement moyen sur le cycle
85.7%
87.4%
notre étude.
Perspectives:
Tableau I. Pertes moyennes et rendements moyens sur le cycle de
fonctionnement pour deux machines
• Les pertes fer moyennes sur le cycle en
tenant compte du courant d’induit et des
pertes au rotor
• L’optimisation pour d’autres cahiers de charges
b+1
b+2 b-1
AP
AP
AP
AP
b+2
b-2
b-1
b+1
AP
AP
b-1
b+1
AP
AP
b+2
b+2
b-3
b-2 b+1
1000
8000
900
7000
800
6000
700
Pertes fer, W
9000
5000
4000
3000
b-2
AP
AP
b-3
b+3
b-2
b+2
b+1
AP
AP
b+3
b-1
AP
AP
b+3
b-3
b-2
Pertes cuivre, W
b-1
AP
AP
AP
b-3 b+1
b+3
AP
AP
air
b+2
AP
b+2
b-3
AP
air
b-1
b-2
AP
AP
b-3
b+1
b-3
b+2
b+3
b-2
AP
b+1
b+3 b-1
b-3
b-2
b+3
b-1
b+3
600
500
400
300
2000
200
1000
100
0
0
500
1000
1500
Temps, sec
2000
2500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Temps, sec
p=4
p=8
p=4
p=8
63
Conférence EF 2009
MODELISATION D’UNE CHAINE DE TRACTION POUR VEHICULE
HYBRIDE ELECTRIQUE SERIE-PALLELE DE TYPE POIDS LOURD
WU Zhenwei1,3, DEPERNET Daniel2,3, KIEFFER Christophe1, DUBAS Frédéric1,
HISSEL Daniel1,3, ESPANET Christophe1,3
1
Université de Franche-Comté, FEMTO-ST, Belfort, France
2
Université de Technologie de Belfort-Montbéliard, FEMTO-ST, Belfort, France
3
MEGEVH Projet National Français en Véhicule Hybride Électrique
Mots Clés. Modélisation analytique, Véhicule Hybride Electrique Série-Parallèle, MSAPS, Onduleur
de Tension, Pertes, Rendements.
Une méthode de modélisation d’une chaîne de traction pour Véhicule Hybride Electrique (VHE) de
type poids lourds basée sur une architecture série parallèle est proposée dans cet article. La résolution
analytique du dimensionnement géométrique de la Machine Synchrone à Aimants Permanents
Surfaciques (MSAPS), du calcul des grandeurs électriques et des pertes dans l’onduleur permet
l’évaluation paramétrée des caractéristiques de la chaîne de traction. Les performances sont ensuite
validées à l’aide d’une Analyse par Eléments Finis (AEF) de la MSAPS. L’étude des pertes dans la
machine est obtenue en intégrant dans l’AEF les formes de courants issues de la simulation sous MatlabSimulink de l’ensemble onduleur machine. Les pertes totales et le rendement global de l'onduleur pour
différents points de fonctionnements sont évalués en fonction de plusieurs paramètres tels que la tension
de bus ou la fréquence de commutation de l’onduleur. La méthodologie présentée dans ce papier est
générale et elle peut être une première étape vers le dimensionnement optimal de train de puissance
complet, incluant l’entrainement électrique mais aussi le réducteur planétaire et éventuellement le moteur
thermique.
100
Rendement (%)
Puissance dissipée
4000
3250
)2500
(a
1750
1000
0
1000
2000
3000
4000
95
90
(b)
85
80
0
1000
Vitesse
2000
3000
4000
Vitesse
(a) Pertes dans les semi-conducteurs de l’onduleur
(b) Rendement de l’onduleur
Le modèle ainsi constitué permet de décliner rapidement le comportement dissipatif de l’onduleur
en fonction du domaine de fonctionnement. La courbe de la 0(a) donne l’évolution des pertes dans
l’onduleur en fonction de la vitesse du moteur dans les conditions données précédemment. Le rendement
peut également être représenté en fonction de la vitesse comme l’illustre la courbe de la 0(b). L’influence
des paramètres sur le rendement est rapidement quantifiable et les gammes de vitesse à rendement
optimal sont facilement identifiables.
64
Conférence EF 2009
UNE PROCEDURE POUR SIMULER DEUX ROTATIONS
INDEPENDANTES PAR LA METHODE ELEMENT FINIS EN 3D
AUBERTIN Mathieu, HENNERON Thomas, TOUNZI Abdelmounaïm
L2EP USTL, Cité Scientifique, 59655 Villeneuve d'Ascq, France
Email des auteurs : [email protected], [email protected],
mounaim.tounzi@univ-lille1.
Mots Clés. Eléments finis, mouvements multiples, actionneur à double rotation
Actuellement, les structures électromagnétiques à mouvements multiples se rencontrent
fréquemment. Afin de les modéliser, il est nécessaire de prendre en compte ces mouvements de
directions et de vitesses différentes. Dans le cas des éléments finis 3D, plusieurs méthodes de
modélisation existent. Nous proposons ici une procédure permettant la prise en compte de 2 rotations de
vitesses différentes. Cette procédure est basée sur la méthode du pas bloqué, et est utilisée pour étudier
une boîte de vitesse électromagnétique.
Les boîtes de vitesse électromagnétiques classiques sont souvent conçues à partir d’aimants et
de pôles de répartition. Ces structures sont évidemment simples, mais n’offrent aucun degré de liberté.
Afin d’augmenter les possibilités d’un tel système, nous avons imaginé un système électromagnétique
constitué de 2 machines à réluctance variable à aimants permanents, avec des nombres de paires de
pôles différents (Fig. 1). Il est ainsi possible grâce aux bobines de faire varier le rapport de réduction, et la
puissance transmise entre la machine intérieure et la machine extérieure.
Fig. 1 : Structure étudiée
Fig.2 : Flux observés à un point de fonctionnement
La structure a été modélisée formulation en potentiel scalaire Ω (Fig. 2).
L’étude de la structure a permis de valider la procédure. Néanmoins il est nécessaire de bien choisir les
tailles des éléments des surfaces de mouvement, ainsi que les nombres d’éléments permutés.
65
Conférence EF 2009
CONTRIBUTION A LA MODELISATION DES ARCS ELECTRIQUES
DANS LES MACHINES A COURANT CONTINU A COLLECTEUR
MECANIQUE
VAUQUELIN Aurélien 1,2, VILAIN Jean-Paul 1, VIVIER Stéphane 1, LABBE Nicolas 2, DUPEUX
Benoit 2
1
Université de Technologie de Compiègne, Laboratoire d'Electromécanique de Compiègne
BP20529 – 60205 Compiègne – France
2
Valeo Equipements Electriques Moteur
BP 71 – 38291 Saint-Quentin-Fallavier Cedex – France
[email protected]
Résumé
Dans de nombreuses applications du génie électrique, les machines à commutation mécanique
constituent encore à ce jour une solution pertinente à l’implantation d’un actionneur
électromécanique. Leur grande fiabilité et leur coût de fabrication relativement limité restent des
avantages indéniables malgré les progrès récents de l’électronique. Cependant, la commutation
mécanique liée à un système balai/collecteur pose d’énormes problèmes sur des systèmes à faibles
tensions. La modélisation de l'interface balai/collecteur reste le point critique dans l'élaboration du
modèle de la machine complète. Cette interface peut être de deux types : soit un contact mécanique
balai-collecteur, soit un contact électrique via un arc entre une lame et un balai. Cet article proposera
deux modèles électriques du contact par arc. Ces modèles, inclus dans une modélisation globale de
la machine, permettront une meilleure connaissance des phénomènes présents dans la machine
complète.
Mots Clés. : Modélisation, Arcs Electriques, Balais, Collecteur, Machine à Courant Continu
Photo du contact glissant
Exemple d'approximation de la tension d'arc
Dans cet article, les auteurs présentent plusieurs modélisations de l'arc électrique afin d'enrichir
un modèle global de machine à courant continu à balais. L'arc électrique entre une lame et un balai est
alors approximé par une source de tension équivalente ou par une source de courant équivalente. Il
apparaît qu'une source de tension à deux paramètres suffit amplement pour approximer l'envolée de
tension lors de l'ouverture du circuit. Dans le cas d'une source de courant, il apparaît une décroissance
quasi linéaire du courant facilement modélisable par un coefficient constant représentant la dérivée
temporelle moyenne du courant fonction du temps.
66
Conférence EF 2009
CONCEPTION D’UNE MACHINE SYCHRO-RELUCTANTE DE FAIBLE
PUISSANCE SOUS FORTES CONTRAINTES
DOC Caroline, LANFRANCHI Vincent, VILAIN Jean-Paul
Adresse : Université de Technologie de Compiègne EA 1006 - Laboratoire d’Electromécanique
de Compiègne - B.P. 20529 – 60205 Compiègne Cedex - FRANCE
Email : [email protected] , [email protected] , [email protected]
Mots Clés. Conception, dimensionnement, machine synchro-réluctante, rotor segmenté, qualité du
couple
Le but de l’article décrit ici est de présenter la démarche ayant conduit à la conception d’une
machine synchro-réluctante destinée à l’actionnement d’un accessoire automobile sous fortes contraintes
(encombrement, alimentation, température de fonctionnement, coût,..).
Dans l’article complet, après avoir rappelé la place de la machine SynchRel au sein des machines
alternative, nous nous attacherons à détailler la démarche employée pour concevoir une machine
SynchRel industrialisable en tirant au mieux parti du faible encombrement disponible (∅ 45 mm) sous 14V
– 50A.
R
ésultatsisov
CHOIX DU TYPE DE MACHINE
Le choix de la machine SynchRel retenue pour cette
étude s’est déroulé en deux étapes. D’abord, les avantages
et inconvénients des moteur synchrone à aimants, moteur
SynchRel, moteur à reluctance variable et moteur asynchrone
ont été mis avant. Puis, le type de géométrie du rotor a été
fixé. Le choix du type de moteur qui conviendra le mieux à
l’utilisation est basé sur une étude bibliographique.
CONCEPTION DE MACHINE SYNCHRO-RELUCTANTE
Pour mener à bien le dimensionnement, les
paramètres ont été divisés en deux catégories : les
paramètres discrets (nombre de paires de pôles, nombre
d’encoche par pôles et par phase) et les paramètres continus
(dimensions géométrique, densité de courant). Les critères
Figure 1 : modélisation par éléments finis d'une machine
retenus pour l’étude sont le niveau de couple moyen ainsi
SynchRel avec p=1 et Nepp=1
que l’amplitude des ondulations de couple.
Dans le cas de machines de petites dimensions, le nombre d’encoches est limité par des
contraintes de réalisation. Pour le cas triphasé, il faut alors déterminer la combinaison : nombre de paires
de pôles / nombre d’encoche par pôles et par phase permettant d’obtenir le meilleur couple. Dans l’article
complet, les équations de circulations de flux sont développées pour mettre en exergue l’influence de
cette répartition sur le rapport de saillance.
L’une des méthodes envisageables pour atteindre un optimal de couple en modifiant les
paramètres continus de la machine, est une étude par plan d’expériences. Parmi tous ces paramètres
(dimensions géométriques et densité de courant), notre étude se concentrera sur les effets d’un
paramètre prépondérant dans le dimensionnement d’une machine SynchRel à rotor segmenté : la largeur
de la partie amagnétique du rotor
CONCLUSION
Dans l’article complet, une bibliographie plus conséquente sera présentée. Différents types de
combinaison p / Nepp seront étudiées et mises en équation. La topologie et le dimensionnement de la
machine conçue selon la méthode exposée seront détaillés.
67
Conférence EF 2009
CONCEPTION D’UNE SERVODIRECTION A BASE D’ACTIONNEUR
LINEAIRE SYNCHRONE: SYNTHESE D’UNE LOI DE COMMANDE
BEN SALEM Inès 1, EL AMRAOUI OUNI Lilia 1,2, BENREJEB Mohamed 1,
GILLON Frédéric 3, BROCHET Pascal 3
1
Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis, LARA automatique, BP.37, le Belvédère, 1002 Tunis, Tunisie
2
Ecole Supérieure de Technologie et d’Informatique, 2035 Tunis-Charguia 2, Tunisie
3 Ecole Centrale de Lille, L2EP, Cité Scientifique, B.P. 48, 59651, Villeneuve d’Ascq, France
[email protected]; [email protected]
Mots Clés. Actionneur linéaire synchrone, servodirection, force électromagnétique, commande
Dans ce papier, nous nous intéressons principalement à la motorisation d’une servodirection d’un
véhicule électrique, à base d’actionneur linéaire tubulaire synchrone à aimant permanent. Pour ce ci, la
structure globale de la servodirection étudiée ainsi que la stratégie de commande développée pour le
contrôle du fonctionnement de l’actionneur sont alors présentées.
La structure proposée permet de joindre les avantages de l’entraînement direct de l’actionneur
linéaire à ceux du fonctionnement propre de l’énergie électrique dans un véhicule. Dans ce cas d’étude, la
caractéristique déterminante pour le bon fonctionnement de la servodirection proposée, repose sur celle
de la force électromagnétique développée par un tel actionneur. En effet, cette caractéristique doit avoir
une évolution constante en fonction de la position linéaire du mobile de l’actionneur, pour assurer la
stabilité et le confort au conducteur, puisqu’elle est directement transmise au véhicule. Cette exigence est
prise en comptes lors du dimensionnement de l’actionneur et de ces grandeurs de commande tels que la
définition des grandeurs de référence et le paramétrage des régulateurs.
Cette structure comporte principalement trois parties:
- un sous-système de commande du volant, pour générer les angles de référence des roues
directrices et produire chez le conducteur du véhicule la sensation de direction.
- un sous-système de commande des roues directrices, comprenant un équipement de commande et
une unité de contrôle des roues directrices pour suivre l’angle de référence de ces roues.
- des sondes spéciales pour capter les signaux de retour (rétroaction de l'actionneur et rétroaction des
roues) nécessaires pour que le conducteur obtienne parfaitement le traditionnel sentiment de tourner
un volant.
Deux boucles de contrôle sont ainsi définies : la boucle de contre-réaction de force au volant et celle de
contre-réaction de position des roues directrices. Les signaux de commande issus de ces boucles
circulent à travers une unité de commande de direction, communément appelée unité de contrôle
électronique (ECU : Electronic Control Unit).
L’utilisation de l’actionneur linéaire dans cette structure réside dans la partie contrôle les roues directrices.
Pour ce ci, une commande en force exploitant les retours d’informations, selon la vitesse du véhicule,
l’angle de direction et l’effort mesuré au volant, est alors développée. L’application de celle ci est basée
sur un contrôle vectoriel, utilisant un onduleur de tension contrôlé en courant, pour récupérer en temps
réel l’état du système.
Avec un tel actionneur, plusieurs paramètres sont incertains et d’autres variables en fonction de la
position linéaire du mobile. Une des solutions consiste alors à ramener la commande en force de
l’actionneur en une régulation de la position, qui est en fait générée par le calculateur.
Le comportement de la structure proposée est simulé sous l’environnement de développement
Matlab/Simulink, pour déterminer l’évolution des grandeurs mesurables de l’actionneur. Un meilleur choix
des régulateurs de vitesse et de position a permit de réduire davantage les ondulations de force.
68
Conférence EF 2009
LOCALISATION DE DEFAUT DE LA DESAIMANTATION PAR
LA METHODE DES RESEAUX DE PERMEANCES DANS LES
ACTIONNEURS A AIMANTS PERMANENTS
Jawad Ahmed FAROOQ, Abdesslem DJERDIR, Abdellatif MIRAOUI
Laboratoire des Sytèmes de Trasport (SeT), Université de Technologie de Belfort-Montbéliard
Ces dernières années, les avancées technologiques dans le domaine des aimants permanents
ont incité à leur utilisation dans de nombreuses nouvelles applications. Dans le domaine de l'industrie des
moteurs, les aimants permanents ont joué un rôle principal dans la déduction de la taille globale de la
machine. Cependant, les aimants permanents utilisés jusqu’à présent dans les moteurs souffrent souvent
des effets de la désaimantation diminuant considérablement leur propriété importante : l'induction
rémanente. Parmi les défauts rotoriques les plus importants dans une machine synchrone à aimants
permanents (MSAP) on trouve la désaimantation irréversible des aimants. Une fois survenu ce défaut
peut affecter les performances globales de la machine. De plus, l’étude de ce défaut en particulier au
même titre que les défauts en général dans les MSAP, présente un manque dans la littérature.
Cet article est consacré au problème de désaimantation dans les MSAP. Tout d’abord, les
différents facteurs responsables de la désaimantation sont discutés. Puis, un modèle de ce phénomène
est développé dans le cas d’une MSAP à aimants en surfaces en se basant sur la méthode des réseaux
de perméances. L’objectif final étant d’aboutir à une modélisation précise et rapide prenant en compte les
paramètres géométriques et matériels de la machine permettant ainsi leur utilisation dans la détection de
ce défaut.
Après avoir donné les différentes étapes aboutissant à la représentation de la machine à l’aide
d’un réseau de perméances équivalent (RDPE), une étude comparative entre le modèle développé et un
modèle de simulation par élément finis (EF) réalisé avec le logiciel Flux2D, est présentée. Cette étude, a
traité aussi bien le mode sain de la MSAP (sans désaimantation) que le mode dégradé (avec
désaimantation). Les résultats obtenus montrent que le modèle du RDPE est en bonne corrélation avec
celui des EF. Cela s’explique par le fait que la géométrie réelle de la machine ainsi que les
caractéristiques des matériaux qui la constituent sont prises en compte dans le modèle proposé. En outre,
le temps de développement et d’exécution du modèle par RDPE s’avère intéressant car nettement plus
court que celui consommé par la méthode des EF. De ce fait le modèle par RDPE se positionne comme
plus à même d’être utilisé dans la détection et le diagnostic du défaut de désaimantation dans les MSAP.
Dans le but de mettre en œuvre le modèle proposé, une technique permettant la détection des
défauts de désaimantation des aimants de la machine a été développée. Il s’agit d’une méthode
d’indentification fondée sur un algorithme qui utilise comme entrées les données d’une grandeur
électromagnétique de la machine telle que la force électromotrice (FEM), pour chercher itérativement la
distribution de l’induction rémanente dans les aimants. Le processus itératif consiste à minimiser l’erreur
quadratique entre l’un des modèles proposés (analytique ou, semi-analytique) et les données d’entrée (les
mesures). Les résultats obtenus montrent que cet algorithme arrive à détecter avec une certaine précision
l’endroit des désaimantations. Toutefois il présente l’inconvénient qu’il soit entièrement dépendant du
modèle utilisé qui suppose que les défauts sont présents sur toute la longueur axiale de la machine
(désaimantation due a la réaction d’induit ou température par exemple). Afin de pouvoir détecter la
désaimantation due aux fissures ou au vieillissement des aimants par exemple, il faudrait adopter des
modèles tridimensionnels.
69
70
Session Poster 1
Th5 : Les microsystèmes
15h45 – 17h00
71
72
Conférence EF 2009
MICRO IMPACT DRIVE MOTORS BASED ON AMPLIFIED
PIEZOELECTRIC ACTUATORS
C. Belly, F. Claeyssen, T. Porchez R. Le Letty & C. Benoit
Cedrat Technologies S.A. 15 chemin de Malacher, Inovallée, 38246 Meylan Cedex, France
[email protected], [email protected], [email protected],
Keywords: Piezoelectric Motor; APA; Miniaturization; Force at rest; Actuator; Nanometer
resolution; Micro system; linear
Stepping Piezoelectric Actuators (SPA) are new long-stroke linear inertial piezoelectric motors for
micro/nano positioning applications benefiting of the advantages and the heritage of the APA and based
on an Impact Drive Mechanism (IDM).
Amplified Piezoelectric Actuators (APA) are solid-state linear actuators offering large deformations
(from 1 to 10% depending on the type) and medium strokes (up to 1mm). They have been designed with
an efficient mechanical amplifier and a pre-stress applied to the piezo ceramics. This design choice was
performed initially to meet space requirements in order to offer a good ability to withstand external
vibrations (due to launching). SPA is a new application of APAs using their capability and reliability for
both fast transient motion and nano-positioning. It can be considered as a way to expand the limited
stroke of the APA, to centimetre strokes. This feature is achieved using the IDM.
Figure 4 - SPA35XS and SPA30uXS
As will be shown in this paper, the SPA provides significant improvement over standard IDM and
other Inertial Stepping Motors (ISM): useful deformation mode, good reliability, etc. The paper presents
the design of these actuators especially the SPA35XS based on the APA35XS and SPA30uXS
miniaturized version, and provides numerous experimental data, as regard step size, speed, micro
positioning capabilities, etc … The SPA ability to run in specific environment is investigated, as well as in
vacuum thermal tests and in strong magnetic fields Finally, it gives model predictions with experimental
comparison and parameter influence estimations.
Step mode
Deformation mode
Figure 5 - SPA square order response
73
Conférence EF 2009
STRATEGIES D'OBTENTION D'UNE ONDE PROGRESSIVE DANS UN
MILIEU ELASTIQUE EN VUE DE L'ACTIONNEMENT D'UNE
MICROPOMPE
HERNANDEZ Camilo, BERNARD Yves, RAZEK Adel
LGEP Laboratoire de Génie Electrique de Paris, Paris, France
LGEP/SPEE Labs; CNRS UMR8507; Supelec; Univ. Pierre et Marie Curie-P6; Univ. Paris SudP11
Résumé
Parmi les différentes façons de classifier les micropompes, on choisit un classement dépendant
de la présence de valves. Deux groupes principaux ressortent alors. Celui où les micro pompes utilisent
des valves pour diriger le flux et celui pour lequel il n’y a pas de valve. Dans les deux catégories on
distingue encore des subdivisions. Pour les architectures possédant des valves, on différencie les
dispositifs utilisant des valves actives (valves actionnées par des forces extérieures) et les dispositifs qui
se servent de valves passives (valves actionnées par la direction du flux). Du côté des géométries à valve
absente; on retrouve les pompes péristaltiques et les pompes de type Nozzle/Diffuser. Chacune de ces
subdivisions présente des caractéristiques plus ou moins adaptées aux applications (biologie,
électronique, chimie, etc). On souligne ainsi, la fiabilité, la simplicité mais le faible rendement des pompes
sans valve, et le fort rendement, mais la complexité et la fiabilité réduite des pompes incluant des valves.
Dans ce cadre, on propose une architecture de micro pompe qui surmonte les déficiences des
architectures mentionnées précédemment. On présente alors une structure d’usinage facile
(miniaturisable), sans retour de flux et présentant une faible consommation d’énergie. Comme avantages
additionnels, son fonctionnement est peu dépendant du fluide à pomper et sa géométrie peut être adaptée
à l’application visée.
Le principe de fonctionnement du dispositif est basé sur un mouvement péristaltique continu des parois du
réservoir de fluide afin de créer un flux. Ce mouvement est généré par l’action d'une onde progressive
induite dans une lame métallique vibrante qui transmet son mouvement à un canal déformable contenant
le fluide. C’est ainsi qu’on propose un système d’actionnement composé de deux transducteurs
piézoélectriques et d’une lame utilisés pour obtenir la dynamique souhaitée. La suite de cet article expose
la mise en équations des principes mécaniques et piézoélectriques qui décrivent la physique de chacun
des composants ainsi que le couplage dans une expression qui exprime la dynamique de l’ensemble.
74
Session Poster 1
Th7 : Les grands appareillages de physique
15h45 – 17h00
75
76
Conférence EF 2009
ETALONNAGE D’UN ACTIONNEUR ELECTROSTATIQUE AIDE PAR
UN CALCUL DE L’EFFET DE BORD
MATAGNE Ernest*, NASLIN Sébastien**
* LEI, Université catholique de Louvain, 3, place du Levant, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgique
** Observatoire Royal de Belgique
Mots Clés : actionneur électrostatique, effet de bord, constante de gravitation
Les actionneurs électrostatiques constituent un moyen de générer des forces de valeur petite
mais précise et contrôlée avec précision.
En particulier, ce type d’actionneur est utilisé dans des dispositifs destinés à la mesure de la
1
constante de gravitation G . L’étude présentée dans cette communication a été développée à l’occasion
de l’étude de faisabilité d’un dispositif de mesure de G utilisant un pendule astatisé (figures 1 et 2).
L’utilisation d’un actionneur électrostatique inclus dans une boucle de régulation permet de
maintenir le pendule dans une position fixée, malgré le déplacement des masses gravitationnelles et les
diverses influences qui perturbent le dispositif (marées terrestres, microséismes, vibrations
industrielles…). De cette façon, on réduit les erreurs dues à l’anélasticité du support.
La mise en œuvre de ces actionneurs est cependant compliquée par l’existence d’effets de bord.
Dans cette communication, nous étudions cet effet dans le cas où l’une des électrodes peut être
considérée comme un plan infini (figure 1).
Figure 1 : Domaine utilisé pour le calcul de l’effet de bord
Nous avons montré que la force d’attraction entre les deux électrodes est alors de la forme
ε U
g
e
g
f 2 = ( ) 2 {S + P [1 +
log(1 + 2 )]}
2 g
π
2g
e
(1)
et que cette expression est associée à une expression de la capacité
g 1e
g
S P
1e
C = ε { + [log −
log(1 + 2 ) − log(1 +
)]} + C 0
g π
D 2g
e
2g
(2)
Il est donc possible, en identifiant les paramètres de l’expression (2) sur base de mesures
expérimentales de la capacité, d’en déduire l’expression de la force. Dans l’application considérée, cette
méthode permet de réduire l’incertitude de plus de 50%.
1. NASLIN S., Etude et réalisation d’un procédé expérimental novateur dédié à la mesure de la constante
universelle de gravitation G, Thèse UCL (juin 2009)
77
78
Session Poster 1
Th8 : Les décharges et arcs électriques
15h45 – 17h00
79
80
Conférence EF 2009
OXYDATION AVANCEE DU NAPHTALENE PAR PROCEDE PLASMA
FROID A PRESSION ATMOSPHERIQUE
MFOPARA Ange, KIRKPATRICK Michael, ODIC Emmanuel
Département Electrotechnique et Systèmes d’Energie – SUPELEC
3, rue Joliot-Curie 91192 Gif-sur-Yvette
[email protected]
Mots Clés. Décharge électrique, plasma froid, dépollution, COV, naphtalène
C/C0
Le terme de composé organique volatil (COV) désigne tout composé organique ayant une
pression de vapeur d’au moins 0,01 kPa à 293,15 K. Cette dénomination inclut notamment les
hydrocarbures pétroliers et les solvants. Les COV contribuent à la pollution par brouillard photochimique
(smog) en réagissant avec les oxydes d’azote pour produire l’ozone troposphérique. Les sources
principales des COV dans l’atmosphère sont les procédés industriels et les transports.
Dans ce dernier cas, une réglementation de plus en plus restrictive vis-à-vis des rejets polluants
(dont les COV) stimule la recherche de procédés de dépollution innovants dans le secteur automobile. Le
plasma froid, utilisé seul ou couplé aux systèmes de traitement existants, représente une alternative
possible, notamment lors de la phase de démarrage à froid. Le travail présenté s’inscrit dans cette
perspective et correspond à une étude amont portant sur l’élimination en phase gazeuse d’un
hydrocarbure aromatique polycyclique, le naphtalène, précurseur de la formation de particules. Le
procédé utilisé est un dispositif électrique mettant en œuvre des décharges sur barrière diélectrique
(DBD) produisant transitoirement un plasma froid à pression atmosphérique. L’objectif est l’oxydation
avancée du naphtalène, c’est-à-dire sa conversion en CO et CO2. Il s’agit donc ici plus d’aborder une
problématique de santé publique (liée à la toxicité directe ou indirecte des COV) que de limiter l’émission
de gaz à effet de serre.
1
Des efficacités d’élimination du
115 ppm DBD
β=54J/L
naphtalène élevées (96%) peuvent dont
50 ppm DBD
être atteintes pour des coûts énergétiques
β=21J/L
50 ppm PB
modérés (45 J/L pour 50 ppm de teneur
initiale,
cas
représentatif
d’un
0,1
β=17J/L
β=30J/L
échappement automobile). Les produits
d’oxydation gazeux sont majoritairement le
CO et le CO2. Les principaux sous-produits
mineurs de dégradation sont l’anhydride
0,01
phtalique et le 1,4-naphtalènedione, leur
concentration atteignant un maximum de 5
naphtalène
ppm. Dans ces conditions, le bilan matière
en carbone est incomplet. Les sous0,001
produits lourds sont collectés aux parois et
0
50
100
150
200
traités dans la durée, le temps de
Densité d'énergie J/L
résidence n’étant alors plus un facteur
limitant.
Une approche cinétique simple montre que les réactions compétitives avec la réaction principale
d'oxydation du naphtalène impliquant l'oxygène atomique ne sont pas dominantes ou conduisent
majoritairement à la formation d'ozone, qui à son tour peut oxyder le naphtalène. Il est montré,
contrairement aux résultats de la littérature, que l'ozone a une action oxydante significative sur le
naphtalène. Ces travaux ont bénéficié du soutien financier de la commission Européenne (STREP
PAGODE n°TST5-CT-2006-031404) et du réseau R2DS de la région Ile-de-France.
81
82
Session Poster 2
Th11 : Modèles analytiques d’actionneurs
électromagnétiques pour la conception et
l’optimisation des systèmes
11h15 – 12h15
83
84
Conférence EF 2009
MODELISATION ANALYTIQUE DES MACHINES LINEAIRES A
ENTREFERS PLANS A AIMANTS PERMANENTS MONTES EN
SURFACE
BELLARA Adel, AMARA Yacine & BARAKAT Georges
GREAH, Université du Havre, 25, rue Philippe Lebon - B.P. 1123 - 76063 Le Havre cedex
FRANCE
pré[email protected]
Mots Clés. Équations de Maxwell, modélisation analytique, machines à aimants permanents, dimensionnement.
Cette communication propose un modèle magnétique analytique pour l’analyse et le
dimensionnement des machines linéaires planes à aimants permanents montés en surface. Ce modèle
magnétique est basé sur un calcul exact de la distribution du champ magnétique dans les parties à faible
perméabilité (encoches, entrefer et région des aimants permanents) par la résolution de la formulation
magnétostatique bidimensionnelle en potentiel vecteur avec la méthode de séparation des variables. Les
machines concernées par ce modèle sont les machines linéaires planes à simple ou multiples entrefers
avec des parties mobiles internes ou externes. La figure 1.a montre un exemple d’une machine linéaire à
double entrefer à partie mobile interne. Différentes distributions de l’aimantation sont prises en compte par
le modèle développé. L’armature supportant les aimants peut être magnétique ou amagnétique.
L’armature encochée possède des dents (ou encoches) droites. La distribution des encoches et des dents
peut être uniforme ou non ; elles peuvent être arrangées de manière à accommoder toute distribution de
bobinages.
La figure 1.b montre les différentes régions (encoches (I), entrefer (II), région des aimants (III), région
sous les aimants (IV)) où la solution analytique exacte, des équations de Maxwell (équations (1) et (2)),
est établie. La région IV n’est à considérer que si l’armature supportant les aimants permanents est
amagnétique. La perméabilité des parties ferromagnétiques est supposée infinie. La perméabilité des
aimants permanents est supposée égale à celle de l’air. Pour des raisons de symétrie, l’étude peut être
menée sur un seul entrefer dans le cas des structures à double entrefer.
(a)
(b)
Fig. 1. Structures concernées par la modélisation analytique.
La formulation magnétostatique bidimensionnelle en potentiel vecteur est donnée dans le tableau
suivant :
A vide
Réaction magnétique d’induit
∇ 2 A = 0,
dans les régions I, II et VI
 2
∇ A = −µ 0 ∇ × M, dans la région III
(1)
∇ 2 A = −µ J,
0
 2
∇ A = 0,
dans la région I
dans les régions II, III et VI
(2)
A possède une seule composante Az indépendante de z (machine de longueur infinie selon l’axe z). M est
la magnétisation et J la densité de courant.
La technique des fonctions de distribution et de bobinage est utilisée pour le calcul de certaines
grandeurs globales (FEM, inductances propres et mutuelles). Quant aux grandeurs électromécaniques
(force de poussée, de détente, vibratoire) le modèle développé a recours au tenseur de Maxwell.
La comparaison des résultats issus de ce modèle avec ceux issus de simulations par éléments finis a
permis de valider la pertinence ainsi que la précision du modèle proposé.
85
Conférence EF 2009
EFFET DE DENTURE DANS LES MSAPMS VIA UNE NOUVELLE
MODELISATION ANALYTIQUE DE L'INDUCTION MAGNETIQUE A
VIDE
DUBAS Frédéric et ESPANET Christophe
Université de Franche-Comté (UFC), Institut FEMTO-ST, UMR 6174 CNRS, Département ENISYS,
Parc Technologique, 2 avenue Jean Moulin, F90010 Belfort, France
[email protected] et [email protected]
Mots Clés. Effet de denture, solutions analytiques, aimantation radiale et parallèle, force électromotrice, couple de denture, pertes
par courants de Foucault en 2-D dans les AP, moteurs.
La connaissance précise de l'induction magnétique à vide est à la base de l'évaluation des
performances d'une MSAPMS. À l'heure actuelle, les méthodes numériques fournissent des résultats
précis sur les différents paramètres magnétiques. Mais, les temps de résolution de ces techniques restent
encore importants et, malheureusement, ils n'ont pas le même caractère explicite que les modèles
analytiques.
1
D'après l'état de l'art effectué par Dubas et al. sur les modèles analytiques existants, les auteurs
de ce papier ont développé une nouvelle modélisation analytique (MA) de l'induction magnétique à vide
avec l'effet de denture possédant une direction d'aimantation radiale ou parallèle. Cette solution
analytique est basée sur une analyse cylindrique en deux dimensions (2-D), négligeant l'effet de
saturation du circuit magnétique. Ce modèle analytique est établi en résolvant, d'une part, l'équation de
Laplace dans l'entrefer réel (i.e., région concentrique : Région 2) et dans les encoches statoriques (i.e.,
régions non-concentriques : Régions i) et, d'autre part, l'équation de Poisson dans les AP (i.e., région
concentrique : Région 1) avec des perméabilités magnétiques constantes. Cette MA à vide, établie à
partir des équations de Maxwell, permet de déterminer et d'évaluer des grandeurs analytiques locales et
intégrales à vide en série de Fourier, à savoir : i) Les potentiels vecteurs et les inductions magnétiques
dans la MSAPMS ; ii) La force électromotrice (f.é.m.) dans une phase quelconque ; iii) Le couple de
denture ; iv) Les pertes par courants de Foucault en 2-D dans les AP causées par l'effet de denture.
Les principales contributions scientifiques sont focalisées, d'une part, sur la MA de l'effet de
denture et, d'autre part, sur les pertes supplémentaires à vide en 2-D dans les AP causées par l'ouverture
d'encoche qui sont très peu abordées dans la littérature.
Les inductions magnétiques ainsi que les grandeurs intégrales à vide obtenues analytiquement
2
ont été comparées avec ceux obtenues par la méthode des éléments finis (MEF) . Les résultats
analytiques sont similaires avec ceux obtenus par la MEF, en amplitude et en forme d'onde, pour les deux
types d'aimantation. Les solutions analytiques obtenues prennent beaucoup moins de temps que la MEF.
Dans la comparaison analytique/numérique, le système de Cramer linéaire est constitué de 486 éléments
qui est plus petit que la MEF ayant 6000 éléments de surfaces. De plus, de fait de la formulation semianalytique explicite, il est envisageable d'utiliser ces solutions analytiques dans un outil d'aide à la
conception et à l'optimisation pour les MSAPMS.
1
2
F. Dubas, and C. Espanet, Analytical Solution of the Magnetic Field in Permanent-Magnet Motors
Taking Into Account Slotting Effect: No-Load Vector Potential and Flux Density Calculation, IEEE
Trans. on Magn., Vol. 45, No. 5, Part. 1, pp. 2097-2109, (2009).
Flux2D, General operating instructions – Version 9.3.2., Cedrat S.A. Electrical Engineering,
France, Grenoble, (2006).
86
Conférence EF 2009
DIMENSIONNEMENT D’UN ACTIONNEUR LINEAIRE
A HAUTE DYNAMIQUE POUR POMPES A MEMBRANES
VIVIER Stéphane, LEMOINE Didier, FRIEDRICH Guy
Laboratoire d’Electromécanique de Compiègne
Mots Clés. Actionneur linéaire, Eléments finis, Réseau de réluctances, Optimisation, Méthode séquentielle de
simplexe, Space mapping
Axe de rotation
Les pompes à membranes sont utilisées dans de nombreuses applications (cœurs artificiels, etc.).
Cependant, elles fonctionnent par mouvements alternatifs, qu’il devient difficile à assurer pour des
fréquences mécaniques importantes, en particulier lorsque des systèmes de transformations de
mouvement (tels que les cames) sont utilisés. Ce type d’actionneur doit tenir compte de diverses
contraintes et spécifications, telles que, 1) une partie mobile de masse relativement importante par rapport
à celle de la membrane, 2) une (très) grande dynamique demandée, 3) un environnement à hautes
températures.
En raison de la dynamique importante demandée, une structure résonnante (i.e. avec au moins
un ressort) de l’actionneur est utilisée. De plus, les fortes contraintes thermiques ont écarté l’utilisation
d’aimants permanents.
Cet article présente la structure à réluctance variable retenue, décrit les modèles correspondants
ainsi que les processus d’optimisation utilisés pour se conformer in fine à un cahier des charges donné.
Plusieurs démarches d’optimisation sont menées : la première utilise l’algorithme séquentiel du
simplexe, alors que la seconde se base sur une technique de type space mapping. Des résultats sont
donnés pour une alimentation électrique particulière. Leur comparaison démontre notamment l’extrême
efficacité de cette dernière méthode d’optimisation (voir ci-dessous).
Circuit
Bobine haut
(emi)
H
0.4
hmc
ev
lmc
Precision
α
ha
0.5
h
J
Anneau
eh
(hbob)
0.3
0.2
(eb)
0.1
lmi
Bobine bas
lme
hmi
[Ri]
0
1
2
3
4
5
6
N° iter.
(Re)
Structure axisymétrique de l’actionneur étudié
Progression de l’algorithme de type space mapping
vers les spécifications du cahier des charges
87
Conférence EF 2009
OPTIMISATION TOPOLOGIQUE PAR DISTRIBUTION DE MATIERE
DU DESIGN D’UNE MICROPOMPE A FERROFLUIDE SANS
CONTRAINTE DE STRUCTURE FIXE
Denies Jonathan(1), Dehez Bruno(1), Ben Ahmed Hamid (2)
(1)Center for Research in Mechatronics, Université catholique de Louvain
Place du Levant, 2, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgique
(2)SATIE laboratory, Ecole Normale Supérieure de Cachan, Campus de Ker Lann, 35170 Bruz,
France
[email protected]
Mots Clés : Optimisation topologique, cellules de Voronoï, électromagnétisme, design et
micropompe
Le déroulement standard de la conception d’un dispositif repose sur le choix d’une solution initiale
définie, et par sa topologie et par sa géométrie. Généralement, cette solution est modélisée en vue de
mener une étude paramétrique destinée à en améliorer les performances.
L’arrivée de l’informatique et de ses outils d’optimisation a permis d’automatiser cette étude
paramétrique. Cette amélioration augmente les performances de l’étape d’optimisation paramétrique en
accélérant le processus.
Suite à l’arrivée des éléments finis, on donne la possibilité à l’outil d’optimisation de modifier la
forme des solutions initiales. Les paramètres de design ne sont plus des paramètres de
dimensionnement, mais des paramètres de déformation des interfaces entre les différents matériaux.
Cependant, à la fois pour l’optimisation paramétrique et à la fois pour l’optimisation de forme, la
solution finale est dépendante des conditions initiales, c'est-à-dire du choix des solutions initiales et des
paramètres de design.
En troisième étape, pour parer cette limitation, l’optimisation topologique permet de créer de toute
pièce une solution complète sans nécessiter d’un choix de condition initiale. Cela est rendu possible pour
un changement d’interprétation des paramètres de design. Ceux-ci représentent, dans le cas de
l’optimisation topologique, une répartition de matière au sein d’un espace de design.
L’objectif de cet article est de présenter à la fois l’intégration de l’outil d’optimisation topologique
au sein d’un processus de conception mais aussi une reprise du cas d’étude de la micropompe à
ferrofluide en éliminant ces contraintes sur la topologie des solutions.
Ces contraintes fixées pour la topologie finale sont l’imposition de la structure d’un circuit
magnétique et une alimentation électrique par un bobinage. Dans le cadre de ce papier, seul un espace
de design avec la possibilité d’y distribuer des matériaux tels que le fer, le cuivre avec alimentation
électrique et l’air sont utilisés en complément du tube de ferrofluide.
Le principe de fonctionnement de la micropompe à ferrofluide repose sur le comportement du
ferrofluide baignant dans un champ magnétique. Le fluide, étant un matériau paramagnétique, réagit aux
flux. Une force est créée et tend à confiner le fluide. En utilisant ce confinement, il est donc possible de
créer en deuxième étape une micropompe à ferrofluide en disposant plusieurs points de confinement
tendant le fluide confiné à se déplacer entre chaque.
Les résultats (Fig. 1) montrent que l’outil préfère
utiliser un bobinage interne plutôt qu’externe comme dans
les précédentes études. Cela amène un double avantage.
Bien que l’objectif soit d’améliorer les performances du
dispositif, le poids et l’encombrement de l’ensemble de
celui-ci s’en sont retrouvés diminué pour de meilleurs
performances.
Fig. 1 : Design de la meilleure structure avec symétrie
selon l’axe Z
88
Conférence EF 2009
OPTIMISATION DE LA CONVERSION ÉNERGÉTIQUE D’UN SYSTÈME
PHOTOVOLTAÏQUE GRÂCE À UNE TOPOLOGIE DE
CONVERTISSEUR DC-DC QUADRATIQUE
KADRI Riad, GAUBERT Jean-Paul, CHAMPENOIS Gérard
Laboratoire d’Automatique et d’Informatique Industrielle (LAII-ESIP)
Université de Poitiers, France
[email protected]
Résumé
Cet article expose la mise en œuvre d’un convertisseur DC-DC avec un rapport
de transformation quadratique et ses intérêts dans les systèmes
photovoltaïques. L’objectif de cette topologie quadratique est d’obtenir à la fois
des rapports de transformation élevés sans l’utilisation d’un transformateur
associés à de très bons rendements et avec des coefficients de réglage
éloignés de l’unité. Par conséquent, avec cette structure il est possible
d’augmenter la fréquence de commande d’une part et d’autre part de diminuer
les contraintes dynamiques sur les composants. Un autre aspect réside dans la
conservation d’un seul interrupteur commandé pour que la commande soit
équivalente aux structures classiques de hacheurs. Les stratégies de
commandes MPPT sont applicables de façon similaires avec une adaptation
aisée et avec l’avantage d’un profil de progression plus régulier du rapport de
transformation en fonction du coefficient de réglage. Pour les essais
expérimentaux, un émulateur de panneaux photovoltaïques en temps réel est
mis en œuvre sur notre banc du laboratoire. La commande en boucle fermée est
basée sur un modèle de référence et pilote une alimentation programmable.
Abstract
This paper describes the implementation of a DC-DC converter with a quadratic
ratio transformation and its interests in photovoltaic systems. The objective of
this quadratic topology is to obtain both high conversion reports without using an
associated transformer with very high efficiency and with duty cycle adjustment
away from the unit. Therefore, with this structure it is possible to increase the
frequency of a commutation and secondly to reduce the dynamic stresses on
components. Another aspect is the conservation of a single controlled switch so
that the command is equivalent to the classical structures choppers. The MPPT
control strategies are applicable similarly to classical structures with simple
adaptation and with the advantage of a more regular progression profile of the
conversion ratios in function of duty cycle variations. For experimental tests,
photovoltaic panels emulator is implemented in real-time on our laboratory test
bench. The closed loop control is based on a reference model and supervises a
programmable power supplies.
Mots
Clés :
Énergies
renouvelables,
système
photovoltaïque,
convertisseurs DC-DC, rapport de transformation quadratique, MPPT
89
Conférence EF 2009
DÉFINITION D’ACTIONNEURS À DÉBATTEMENT LIMITÉ DESTINÉS
À RÉGULER LE DEBIT DU COMBURANT D’UN MOTEUR THERMIQUE
Christophe GUTFRIND, Pierre VIDAL, Jean-Claude VANNIER, Daniel SADARNAC
Ecole SUPELEC, Département Energie, 1 rue Joliot-Curie, 91192 Gif sur Yvette, France
ELECTRICFIL Automotive, Service Recherche Avancée, 77 allée des Grandes Combes, 01708
Miribel, France
Mots Clés : actionneur, débattement limité, machine électrique, consommation, optimisation,
modélisation.
Keywords: actuator, limited motion, electrical machine, power consumption, optimisation,
modelling.
Avec la sévérité des normes européennes appliquées aux constructeurs automobiles afin de
réduire les émissions polluantes et de gaz à effet de serre des véhicules conçus, des nouvelles
conceptions de moteurs à combustions internes amènent de nouveaux besoins dans la gestion de
régulation de la composition du comburant.
Suite à un état de l’art des différents actionneurs existants régulant les débits d’écoulement du
comburant, plusieurs structures sont recensées et utilisent diverses conversions d’énergies.
Pour réaliser des mouvements rotatifs, l’étude isole deux topologies électriques : une topologie à
entraînement indirect composé d’un moteur à courant continu et d’un réducteur à engrenage parallèle, et
d’une topologie à entraînement direct via un moteur couple. Le moteur à courant continu associé à un
réducteur et le moteur « couple » à entrainement direct sont deux structures opposées.
Dans un but d’optimiser ces actionneurs pour de nouvelles applications, les principales
contraintes sont surtout liées à l’encombrement, la tenue en température et au coût. Pour le moment, la
3
contrainte d’encombrement est prise en compte et elle est donc conseillé pour un volume de 60 mm pour
obtenir un couple supérieur à 0,2 N.m jusqu’ à l’ordre du newton-mètre et ceci pour une plage de couple
constant de 0 à 90° de rotation.
Les travaux nécessitent plusieurs compétences et divers modèles pour définir un actionneur :
modèle géométrique, modèle mécanique, modèle thermique, modèle de comportement de matériaux,
modèle électromagnétique, modèle électrique et d’automatique pour réguler la position du rotor.
À partir du moteur couple, cet article propose de comparer deux topologies de conversion
d’énergie par le modèle électromagnétique pour un actionneur à entraînement direct. Ces deux principes
électromagnétiques étudiés sont l’un à flux axial, l’autre à flux radial. Le stator possède une paire
d’encoches et le rotor est composé de deux aimants permanents.
Les travaux présentent une analyse théorique des modèles, suivie d’une optimisation des valeurs
de paramètres de conception, puis d’une étude de simulation sous le logiciel Flux 2D.
L’objectif est de maximiser au mieux le couple à densité de courant fixée dans la section
d’encoche. À partir de la contrainte d’encombrement, les performances des deux topologies d’actionneurs
sont étudiées et comparées.
90
Conférence EF 2009
MODELISATION ELECTROMAGNETIQUE D’UN ALTERNATEUR
TUBULAIRE A AIMANTS PERMANENTS POUR GROUPE
ELECTROGENE A MOTEUR STIRLING
Ali SARI1*, Didier CHAMAGNE1, Christophe ESPANET1, François LANZETTA1, Didier
MARQUET2, Philippe NIKA1
1
Institut FEMTO-ST, CNRS UMR 6174, Département ENISYS, Université de Franche-Comté
Parc technologique, 2 avenue Jean Moulin – 90000 Belfort
2
France Telecom R&D, 38-40 rue du Général Leclerc – 92794 Issy les Moulineaux
*
(auteur correspondant : [email protected])
Dans l’optique de concevoir un groupe électrogène de faible puissance, nous nous intéressons à la
conception d’un alternateur linéaire basse fréquence. L’entraînement du groupe est réalisé par un moteur
thermique à combustion externe. La première partie de nos travaux porte sur la conception d’un moteur
Stirling de petite puissance et transportable afin d’alimenter en premier lieu, des téléphones mobiles,
ordinateurs portables, GPS, … [1-2]. Ce développement permettra par la suite de concevoir des groupes
pour passerelle radio et M2M. L’objectif de cet article est de réaliser la modélisation par réseau de
perméances d’un alternateur linéaire à aimants permanents. Ce modèle est développé dans l’optique
d’être paramétrable et modulable afin d’être adjoint au modèle du moteur Stirling. L’objectif final étant
d’aboutir à un modèle de co-conception permettant une optimisation systémique de l’ensemble moteur
thermique et générateur linéaire [3-4].
Le choix de l’alternateur a été guidé par les contraintes de compacité et de fréquence. L’objectif
premier est de réaliser un prototype transportable permettant de fournir une puissance électrique de 5
Watt avec un entrainement du moteur Stirling à une fréquence de 20 Hz sur une course de 10 mm. Du fait
de ces différentes contraintes, le type d’alternateur choisi est une machine synchrone tubulaire à aimants
permanents à bobinage global.
Une modélisation en circuit électrique équivalent couplé avec un réseau de réluctances statique, afin
de simuler la distribution des flux magnétiques en tenant compte de la saturation des matériaux
ferromagnétiques, permet de simuler le comportement de l’alternateur à mouvement linéaire. Au moyen
du réseau de reluctance, il sera possible de déterminer le flux maximal vu par le bobinage, les
inductances propres et mutuelles pour chaque structure géométrique respectant les hypothèses du
modèle. La réalisation du modèle par réseau de réluctances se base sur trois considérations : une
structure paramétrée permettant de faire varier les dimensions, une structure constituée de motifs
élémentaires afin d’avoir une structure globale modulable et des caractéristiques de matériaux saturables.
REFERENCES
[1]
[2]
[3]
[4]
A. Robion, D. Sadarnac, F. Lanzetta, D. Marquet, T. Rivera, Breakthrough in energy generation for
mobile or portable devices, INTELEC 2007, Rome, Italie, 30 Septembre – 4 Octobre 2007.
J. Gary Wood, N. Lane, Development of the Sunpower 35 We Free-Piston Stirling convertor, AIP
Conf. Proc. 746, (2005), 682-687.
A. Sari, C. Espanet, F. Lanzetta, D. Chamagne, D. Marquet, P. Nika "Design and
Performance Prediction for Miniaturized Stirling Power Generators", Intelec 08, 14-18 September
2008, San Diego, California, US.
A. Sari, F. Lanzetta, D. Chamagne, C. Espanet, D. Marquet, P. Nika "Conception et analyse des
performances d’un groupe électrogène à moteur Stirling", Société Française de Thermique 2009, 2629 mai - Golfe du Morbihan, Vannes, France.
91
Conférence EF 2009
APPRENTISSAGE PAR RENFORCEMENT APPLIQUE A LA
COMMANDE DES SYSTEMES ELECTRIQUES
DAI Jing*, PHULPIN Yannick*, VANNIER Jean-Claude* et ERNST Damien°
*SUPELEC, 3 rue Joliot Curie, 91192 Gif sur Yvette, France
°FNRS, Université de Liège, Grande Traverse, 10, Sart-Tilman, B-4000 Liège, Belgique
{jing.dai, yannick.phulpin, jean-claude.vannier}@supelec.fr, [email protected]
Mots Clés. Réseaux Electriques, Apprentissage par Renforcement, Contrôle/Commande.
Les enjeux associés à la commande des systèmes électriques ont progressivement requis la mise
en œuvre de nouveaux schémas de commande afin de s’assurer de l’alimentation permanente des
charges. Ceux-ci ont généralement été synthétisés de manière heuristique avant de s’orienter vers des
schémas de commande basés sur modèles physiques. Or la modélisation des éléments d’un réseau
implique une simplification qui peut nuire, dans le cas d’un système complexe, à la performance du
système. Il est donc nécessaire que les lois de commande soient suffisamment robustes face aux erreurs
introduites lors de la modélisation.
Alors que l’interconnexion progressive des systèmes électriques et la diversification des éléments
qui y sont connectés atteignent un stade qui pourrait mettre en cause les modes de commande de ces
systèmes, cet article propose de s’interroger sur le potentiel de nouveaux outils de commande basés sur
une modélisation mathématique du système indépendante des niveaux physiques. Cette technique,
nommée apprentissage par renforcement (ou reinforcement learning), a pour but d’optimiser itérativement
les lois de commande du système en vue de maximiser un indice de performance cumulée à long terme.
En pratique, cela revient à apprendre certaines caractéristiques macroscopiques du système en
interagissant avec celui-ci, puis prendre des décisions en fonction de son état.
Bien que l’apprentissage par renforcement s’applique généralement aux processus de décision
markoviens, cet article s’intéresse plus particulièrement aux problèmes déterministes, où les équations qui
régissent la dynamique n’impliquent pas de variables aléatoires. Ainsi, lorsqu’à l’instant t, le système est
représenté par état xt et qu’une action ut est appliquée, le système évolue vers l’état xt+1 à l’instant t+1. A
tout instant t, la performance du système est représentée par une récompense immédiate rt. Sans
connaître la relation liant xt+1 et rt+1 à xt et ut, l’apprentissage par renforcement consiste à déterminer la
stratégie de commande (typiquement, une suite d’actions ut, ut+1,…, ut+T) qui maximise une estimation (ou
une borne minimale) de la performance cumulée à long terme pour une situation de départ donnée.
La technique est appliquée dans l’article à deux exemples classiques de commande des
systèmes électriques. Pour ces deux applications, relativement simples au nombre de variables d’états,
des algorithmes basiques d’apprentissage par renforcement s’avèrent performants. En revanche, pour
des problèmes impliquant plusieurs centaines ou milliers de variables d’états, comme c’est souvent le cas
pour un grand système électrique, il faudrait appliquer des algorithmes plus sophistiqués de sorte à
décomposer le problème et/ou réduire l’espace d’état. Les approches d’apprentissage par renforcement
hiérarchique ou l’agrégation d’état nous semblent particulièrement prometteuses à cet égard. Cette
perspective s’annonce comme un défi scientifique, car la recherche dans le domaine de l’apprentissage
par renforcement s’applique le plus souvent à des problèmes dont la solution est facile à trouver par
l’intuition humaine, tels que la résolution d’un labyrinthe par exemple, ce qui n’est évidemment pas le cas
en ce qui concerne le contrôle de grands systèmes complexes.
92
Conférence EF 2009
RECHERCHE DES PARAMETRES OPTIMAUX D’UNE MACHINE
SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS
VIDO Lionel1, RUELLAN Marie1, AMARA Yacine2, GABSI Mohamed3, BEN AHMED Hamid4
1
SATIE, Univ Cergy Pontoise, CNRS, rue d’Eragny, Neuville sur Oise, 95031 Cergy Pontoise
2
GREAH, Univ Le Havre, 25, rue Philippe Lebon - B.P. 1123 - 76063 Le Havre Cedex, 3 SATIE,
ENS Cachan, CNRS, UniverSud, 61, av President Wilson, F-94230 Cachan
4
SATIE, ENS Cachan, CNRS, Antenne de Bretagne, Avenue Robert Schuman, 35170 Bruz
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Mots Clés. Machine synchrone, aimants permanents, optimisation multi-objectifs multi-contraintes,
modèle de Park, algorithme génétique, transport.
Nous proposons dans cet article de déterminer les paramètres circuits d’une machine synchrone
à aimants permanents à pôles lisses qui permettent de répondre à un cahier des charges de traction avec
un aspect fonctionnement moteur (classique) et générateur ainsi que l’aspect dimensionnement sur cycle.
Les paramètres caractérisant la MSAP sont sa résistance normalisée et son inductance réduite. Nous
avons présenté le modèle de Park utilisé, et déterminé les paramètres de commande qui maximisent le
rendement pour chaque point de fonctionnement. Le modèle a ensuite été utilisé dans un processus
d’optimisation pour déterminer les machines qui maximisent les pertes Joule sur le cycle de
fonctionnement tout en minimisant le facteur de puissance d’une part, et celles qui minimise à la fois la
tension nominale et le courant nominal.
Dans une certaine mesure, la maximisation du facteur de puissance conduit à un sous
dimensionnement de l’onduleur associé à la MSAP (figure 6), mais à cause de la nature particulière du
problème abordé ici (puissance électrique variable), cette propriété reste vraie pour un facteur de
puissance limité. Il ressort donc de cette étude que le facteur de puissance n’est pas un critère pertinent
de classification et qu’il faut lui préférer soit directement la puissance apparente (grandeur globale) ou le
facteur de rendement (grandeur réduite équivalente qui représente le produit entre le facteur de puissance
et le rendement au point de base). La seconde étude s’intéresse à la minimisation de la tension nominale
et du courant nominal. Elle fournit des résultats plus conventionnels (figure 7), dans la mesure où la
minimisation de la tension nominale et du courant nominal conduit à minimiser la puissance apparente
nominale et à maximiser le facteur de rendement.
Figure 6. Evolution de la puissance apparente en
fonction du facteur de puissance
Figure 7. Front de Pareto Courant-Tension
93
Conférence EF 2009
DIMENSIONNEMENT OPTIMAL PAR ALGORITHMES
GENETIQUES DE L’INDUCTANCE COUPLEE D’UN CONVERTISSEUR
DC-DC DE TYPE FLYBACK
VERSELE Christophe, DEBLECKER Olivier et LOBRY Jacques
Service de Génie électrique, Faculté Polytechnique de Mons
Bd Dolez, 31, 7000 Mons (Belgique)
Mots Clés. Convertisseur DC-DC, Éléments magnétiques, Dimensionnement, Optimisation multiobjectif.
Les éléments magnétiques – transformateurs et inductances – font partie des éléments
constitutifs les plus importants des alimentations à découpage. Cependant, ces éléments peuvent
représenter à eux seuls 25% du volume du convertisseur et plus de 30% de sa masse. Dès lors, dans un
souci croissant de réduction des masse et volume des convertisseurs électroniques de puissance et afin
d’atteindre un meilleur niveau d’intégration des éléments passifs, de nombreuses recherches sont
actuellement menées. Généralement, les auteurs se basent sur le principe, bien connu, que la réduction
des volume et masse d’un élément magnétique s’obtient essentiellement en augmentant la fréquence de
travail. Ils optimisent alors cet élément suivant un seul objectif (volume, masse ou, parfois, une somme
pondérée des deux). Cependant, l’augmentation de la fréquence s’accompagne d’une augmentation
inévitable de la puissance de pertes totales (pertes magnétiques et pertes Joule). Dès lors, l’optimisation
d’un élément magnétique haute fréquence s’apparente à un problème multi-objectif et, dans ce cas, il est
préférable d’utiliser une méthode d’optimisation multi-objectif.
La présente contribution explore le dimensionnement optimal sous contraintes d’éléments
magnétiques haute fréquence à l’aide de méthodes d’optimisation multi-objectif évolutionnaires. Parmi
celles-ci, les algorithmes génétiques ont été choisis et l’algorithme NSGA-II (Elitist Non-Dominated Sorting
Genetic Algorithm) est utilisé. La procédure d’optimisation présentée dans cet article est développée pour
le cas particulier du dimensionnement de l’inductance couplée d’un convertisseur DC-DC de type Flyback
à une seule sortie mais peut aisément être étendue à d’autres éléments magnétiques, ainsi qu’à des
convertisseurs comprenant plusieurs sorties. Pour cette application, le volume et les pertes de
l’inductance ont été choisis comme fonctions objectif tandis que des contraintes en termes de masse, de
rendement et d’échauffement sont considérées.
Notre démarche est la suivante. Tout d’abord, nous rappelons brièvement le fonctionnement de
ce type de convertisseur et insistons surtout sur les caractéristiques de son élément magnétique
(nécessité d’un entrefer pour stocker l’énergie magnétique, etc.). Dans un deuxième temps, la
modélisation de l’inductance à optimiser est décrite. Celle-ci se compose principalement de modèles
analytiques. Un premier modèle fournit les dimensions de l’élément en se basant sur la notion de produit
des aires tandis qu’un second modèle permet d’évaluer les pertes en tenant compte des effets haute
fréquence. Notons que ces modèles sont analytiques dans le but de réduire le temps de calcul mais que
d’autres modèles (de type éléments finis par exemple) sont également envisageables. La procédure
d’optimisation fondée sur l’algorithme multi-objectif NSGA-II est ensuite exposée. Après présentation et
discussion des résultats, la conclusion insiste enfin sur les avantages d’une telle procédure, notamment
son principal atout qui consiste à proposer au concepteur l’ensemble des meilleures solutions respectant
les contraintes (au lieu d’une solution unique). Ce dernier peut, dès lors, choisir a posteriori la solution
optimale répondant le mieux aux spécifications du problème.
94
Conférence EF 2009
INFLUENCE DES CONVERTISSEURS ÉLECTRONIQUES SUR LE
DIMENSIONNEMENT OPTIMAL DE MACHINES HAUTES VITESSES
JANNOT Xavier*, VANNIER Jean-Claude*, MARCHAND Claude**, GABSI Mohamed***,
SAINT-MICHEL Jacques****, SADARNAC Daniel*
*SUPELEC, 3 rue Joliot-Curie, F-91192 Gif-sur-Yvette Cedex, France
**LGEP, CNRS, SUPELEC, Plateau de Moulon, F-91192 Gif-sur-Yvette Cedex, France
***SATIE, ENS Cachan, CNRS, 61 av du président Wilson, F-94230 Cachan, France
****Moteurs Leroy-Somer, 16 Bd Marcelin Leroy, F-16000 Angoulême, France
[email protected]
Mots Clés. Conception, optimisation, MSAP, onduleur, haute vitesse
Le dimensionnement d’un système mécatronique s’opère souvent en définissant de manière
indépendante les différents sous-systèmes. Des travaux ont déjà été menés sur la conception globale de
dispositifs électrotechniques et de leurs alimentations.
Dans cette étude nous traitons de la conception par optimisation d’un ensemble constitué d’un
convertisseur électronique associé à une machine synchrone à aimants et aimantation orthoradiale. Nous
nous concentrons sur deux structures de convertisseurs électroniques : un onduleur triphasé à trois bras
et une topologie constituée de trois onduleurs monophasés alimentant chacun une des phases de la
machine. Nous mettons en avant la dépendance de la géométrie de la machine en fonction du choix du
convertisseur électronique l’alimentant.
Les sous-systèmes sont modélisés analytiquement au premier ordre en ce qui concerne leurs
comportements électrique, magnétique, mécanique et thermique. Des modèles de pertes tant au niveau
du convertisseur électronique que de la machine permettent d’évaluer le rendement global du système.
Le problème de conception est formulé sous la forme d’un problème d’optimisation multi-objectif
contraint. Il s’agit d’optimiser le système suivant le critère du rendement global et suivant la fréquence de
découpage du convertisseur électronique. En effet la diminution de la fréquence de découpage permet
d’améliorer le rendement. Mais en contrepartie, cela peut induire des harmoniques de courant, donc des
pulsations de couple, et accroître les pertes dans la machine. Le concepteur doit effectuer un compromis
entre le rendement global et la fréquence de découpage, particulièrement en hautes vitesses où les
pertes par commutation peuvent devenir importantes. Pour cela, nous présentons les fronts de Pareto
« rendement – indice de modulation » pour chacune des configurations combinant une structure de
convertisseur électronique et une configuration de bobinage de machine. Les contraintes sont d’ordre
thermique, électrique, magnétique et mécanique. Les dimensions géométriques de la machines ainsi que
le calibre des IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) constituant le convertisseur électronique sont alors
optimisés au regard de l’objectif et des contraintes considérés pour un cahier des charges fixé.
Les résultats d’optimisation conduisent à des structures de machines optimales – au sens de
l’optimalité globale du système – tout à fait différentes selon qu’elles sont alimentées par l’une ou l’autre
des structures de convertisseurs électroniques. Il apparaît également que la structure du système
répondant au mieux à notre application haute vitesse est alimentée par trois ponts monophasés, ce qui
est une solution peu courante.
Ces travaux ont montré l’influence de la topologie d’alimentation électronique sur les résultats
d’optimisation d’un système d’entrainement en prenant en compte dès la phase de conception les
interactions entre alimentation électronique et machine électrique. Les dimensions géométriques de la
machine sont dépendantes de son alimentation tout comme l’efficacité globale du système.
95
Conférence EF 2009
Modélisation Analytique et Optimisation des Gammes de Machines
Synchrones à Concentration de Flux
Bill SESANGA, Albert FOGGIA, Fréderic WURTZ
Grenoble Electrical Engineering Laboratory (G2Elab)
ENSE3 (Grenoble INP-UJF, CNRS UMR 5529)
BP 46 -38402 Saint Martin d’Hères Grenoble Cedex, France
[email protected]
Mots clés : Modélisation analytique, Optimisation des gammes, courbes de Pareto
L’article parle de l’optimisation des gammes de machines synchrones à concentration de flux.
Compte tenu du nombre d’inconnues et de la complexité de la tache, nous avons opté pour un modèle
analytique (magnétique et thermique) couplé à un outil d’optimisation CADES. Le modèle analytique a été
doublement validé, d’abord par rapport aux simulations numériques sous FLUX et ensuite par des essais
expérimentaux à basse et à grande vitesse. Nous avons utilisé un algorithme déterministe de type SQP
pour faire les optimisations, mais étant conscients du problème des optimums locaux que peuvent fournir
ce type d’algorithme, nous avons vérifié qu’un algorithme génétique donnait les mêmes résultats. Les
courbes de Pareto, véritable outil d’aide à la décision ont permis en dernier lieu d’effectuer des choix
stratégiques.
Cost/N.m
Torque/kg
Initial
1,15
1,10
p.u
1,05
1,00
0,95
0,90
0,85
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Number of design of lamination and magnet
Figure 1. Pareto coût/N.m et couple/kg
Ces courbes donnent des résultats intéressants, car la solution optimale n’est pas forcement celle
d’avoir N designs pour N machines dans la gamme. En effet les performances qu’on obtient avec 9
designs sont quasi identiques à ceux obtenus avec 5 designs, mais pour un coût d’industrialisation moins
important. L’optimum est d’avoir 3 designs dans la gamme, car les gains obtenus lors du passage de 1 à
3 designs sont assez sensibles, alors qu’ils restent très modestes lors du passage de 3 à 5 designs.
96
Session Poster 2
Th10 : Modélisation des sources embarquées
11h15 – 12h15
97
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Conférence EF 2009
CHARGE RAPIDE DE BATTERIES LITHIUM ION POUR DES
APPLICATIONS « TRANSPORTS »
PELISSIER Serge, MONTARU Maxime
Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité – Laboratoire Transports et
Environnement
INRETS –LTE , 25 av MITTERRAND, 69675 Bron CEDEX
[email protected]
Résumé
La charge rapide des batteries est ressentie comme un des points clés du
développement des véhicules «électrifiés » (hybrides rechargeable ou voiture
électrique). L’équipe VEH (Véhicule Electrique et Hybride) du LTE (Laboratoire
Transports et Environnement) met en place des outils de caractérisation de la
charge rapide de batteries lithium ion. Les points actuellement étudiés sont le
comportement thermique de la batterie et l’efficacité de la charge. Dans une
seconde partie, quelques réflexions sur le contexte des attentes et des besoins
en charges rapides sont exposées.
Mots Clés. Batterie, Lithium-ion, charge rapide, thermique, efficacité
99
Conférence EF 2009
IMPACT DES STRATEGIES DE CONTROLE ET DES TOPOLOGIES
D’ONDULEUR SUR LA STABILISATION DU BUS CONTINU DANS LES
SYSTEMES EMBARQUES
PATIN Nicolas, NGUYEN The Dung, FRIEDRICH Guy
Université de Technologie de Compiègne, Laboratoire d’Electromécanique, Centre de
Recherche, BP 20529, 60205 Compiègne Cedex
[email protected] ; [email protected] ; [email protected]
Résumé
La compacité est une contrainte fondamentale dans la conception des
équipements embarqués. Le principal problème dans les onduleurs concerne
les condensateurs du bus continu, qui doivent maintenir une bonne qualité de la
tension en entrée du convertisseur. En effet, leur taille est trop importante
lorsque des stratégies MLI classiques sont employées. Dans cet article, deux
stratégies adaptées sont comparées dans le cas d’une impédance de bus
variable ou incertaine.
Mots Clés. Systèmes embarqués, Stratégies MLI, Topologies de convertisseurs, Stabilité du bus continu,
Paramètres variables/incertains.
100
Conférence EF 2009
ETUDE COMPARATIVE DE REGULATEURS DE TENSION DEDIES A
DES GENERATEURS PILE A COMBUSTIBLE
CATHELIN Joël, BETHOUX Olivier
Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP) / SPEE-Labs, CNRS UMR 8507, SUPELEC,
Univ. Pierre Marie Curie et Univ. Paris Sud 11,
Plateau de Moulon, 91192 Gif sur Yvette, Francegras
[email protected]
Mots Clés. Pile à combustible, régulateur de tension, rendement, facteur de dimensionnement
d’interrupteur, commutation douce, étude expérimentale
Les piles à combustibles sont par conception des générateurs électriques basse tension et fort
courant dont la tension de sortie dépend fortement de la puissance appelée par la charge comme des
conditions opérationnelles. Les charges électriques sont quant à elles prévues pour une fluctuation
restreinte de tension et un rapport V/I élevé afin de minimiser les pertes Joule. Aussi sont-elles
généralement employées en association avec un régulateur de tension. Les attendus pour ce type de
convertisseur sont une forte élévation de tension (typiquement un facteur 10) et un excellent rendement
(efficacité énergétique et volume du convertisseur).
Cet article s’intéresse à cet indispensable organe auxiliaire et cherche à dégager une structure
de convertisseur statique intéressante pour assurer cette adaptation d’impédance. Un convertisseur
statique à inductances couplées est étudié dans le détail. Un modèle de description en est proposé pour
assurer un bon dimensionnement, est simulé puis validé expérimentalement.
Pile à Combustible
H2
VPàC
VCh
Régulateur
Charge
VPàC
IPàC
Air
IPàC
Contrôle-commande
de la PàC
C
de
Contrôle
- Régulation de V
- Protection de I
Figure 1 : système pile à combustible et structure de l’interface de puissance étudiée « hacheur à I. C. »
La validation expérimentale s’appuie sur un
cahier des charges d’une tension de PàC variant de 50
V à 25 V et une tension de sortie régulée à 250 V. Le
convertisseur étudié est comparé au hacheur parallèle
direct couramment utilisé dans les applications
survolteur. Malgré les fortes contraintes du cahier des
charges liées à une pile à combustible, le rendement
mesuré est de 96 % au point nominal alors que le «
Boost » classique n’obtient que 91,5 % dans les mêmes
conditions.
Boost
Hach. à I. C.
P = 68 W ⇒ η = 93,5 %
η = 97,5 %
P = 100 W ⇒ η = 91,5 %
η = 96,0 %
Figure 2 : Mesure comparative de rendement
101
Conférence EF 2009
SOURCE HYBRIDE POUR LE DEMARRAGE D’UN VEHICULE
N. Rizoug (*), G. Feld (**) and B. Barbedette(*)
(*) Laboratoire mécatronique
Ecole Supérieure des Techniques Aéronautiques et de Construction Automobile
Rue Georges Charpak BP76121, 53061 LAVAL Cedex 9 – France
(**) Ecole normale supérieure (ENS Cachan)
61, avenue du président Wilson 94235 Cachan cedex
E_mail : [email protected]
Résumé
Dans cet article on présente le dimensionnement et la conception d’une source hybride utilisée pour le
démarrage d’un véhicule. Cette source combine deux types de système de stockage : une source de
puissance qui assure les piques de puissance nécessaires pour la phase de démarrage et une source
d’énergie qui a une capacité plus importante et qui sert à recharger la première source et alimenter les
auxiliaires. Dans notre cas les supercondensateurs ont étés choisis pour assurer les piques de puissance
à cause de leur importante puissance spécifique et leur durée de vie qui peut atteindre les 1 million de
cycles. Ce composant sera chargé par une batterie qui joue dans ce cas le rôle d’une source d’énergie.
La solution proposée permet de réduire le poids de l’alimentation (7 kg au lieu de 18 kg) et d’améliorer la
durée de vie de cette dernière. L’électronique de puissance permet une bonne gestion des flux de
puissance des deux composants afin d’assurer l’alimentation des différentes charges. Dans ce cadre deux
architectures sont envisageables pour maitre en œuvre cette association : une architecture parallèle en
reliant les deux sources sur un bus commun à travers deux hacheurs. L’inconvénient de cette architecture
concerne la taille très importante de la self de lissage misse en série avec le module supercondensateur.
Dans le cas de l’architecture série, la taille de la self utilisée pour lisser le courant de la batterie est moins
importante du fait que le courant charge/décharge ne dépasse pas les 20A. Dans cet article on a présenté
seulement le développement de la deuxième architecture (en série).
Après avoir choisie l’architecture de l’alimentation, un dimensionnement du module
supetrcondensateur nécessaire pour assurer un certain nombre de démarrages à été présenté dans la
partie V avec un choix optimal (poids, volume, puissance, énergie,…) d’un élément (310F/2,5V) parmi les
différents composants proposés par le fabriquant Maxwell. La mise en série de 12 éléments (module
26F/30V) répond parfaitement à notre besoin énergétique sans pour autant oublié le besoin en puissance.
Avant de passer à la phase de développement du banc de test, un dimensionnent des différents
parties de ce dernier à été effectué afin de valider l’intérêt en terme de poids de la source hybride. Le
poids de cette dernière ne dépasse pas en final les 7Kg, ce qui représente 40% du poids de la batterie
classique (18Kg).
Afin d’avoir un modèle représentatif du comportement du démarreur lors de la phase de
démarrage, on a effectué des essais d’identification (essais à vide, essai à rotor bloqué et un essai
d’arrêt). Cette procédure nous a permet de calculer les paramètres du modèle qui a été intégré par la
suite dans le modèle global de la source hybride. Pour démarrer la voiture on contrôle la tension aux
bornes du démarreur. En plus de cette boucle de tension, une autre boucle interne de courant est utilisée
pour limiter le courant du démarreur. Cette stratégie reprend la procédure classique d’un démarrage en
imposant une tension équivalent à la tension de la batterie (prenant en compte la chute ohmique de la
tension). Cette stratégie à été validée dans la partie VI de cet article avec une simulation sous PSIM.
Après avoir validé numériquement la commande, un banc de test à été développé dans le laboratoire
mécatronique afin d’effectuer un bilan énergétique. Ce dernier prouve l’intérêt d’utilisation d’une source
hybride. Avec un rendement du supercondensateur supérieur à 85% et un rendement de 89% pour le
convertisseur on arrive à effectuer 8 démarrages avec le module supercondensateur dimensionné dans la
partie V.
102
Conférence EF 2009
MODELISATION ET SIMULATION EN REGIME DYNAMIQUE D’UN
RESEAU DE BORD AUTOMOBILE
PETIT Marc(1), DESSANTE Philippe(1), LAURAIN Emmanuel(2)
(1), SUPELEC, Département Electrotechnique et Systèmes d’Energie, 3 rue Joliot-Curie, 91190
Gif-sur-Yvette
(2) RENAULT Technocentre, Direction de l’Electronique Avancée, 78288 Guyancourt cedex
BAT
courant (A)
BAT
BAT
courant (A)
tension (V)
L’électrification des véhicules est un enjeu majeur pour les constructeurs automobile. Cette
électrification peut concerner le réseau de bord (14V actuellement) ou le réseau dédié à la propulsion
électrique (tout électrique ou hybride). Ce dernier thème fait l’objet de nombreuses publications dans les
domaines de la modélisation, simulation et optimisation pour étudier le système source (batterie ou PAC)
– convertisseur – moteur. Dans cette communication nous étudions un réseau de bord 14 V d’un véhicule
thermique.
Les dernières années ont été marquées par une croissance importante des équipements
électriques et électroniques embarqués dans les véhicules : calculateurs, réseau de communication
embarqué, ABS, ESP (équipements dédiés à la sécurité), climatisation, mais aussi des équipements liés à
l’amélioration de la vie à bord (multimédia). Tous ces éléments viennent compléter les équipements de
base que sont le démarreur, l’éclairage, le groupe moteur-ventilateur (GMV), l’auto-radio et les lève-vitres.
Afin de garantir la fiabilité du système complet, il est important d’étudier chaque composant mais
surtout les interactions entre ces différents éléments du réseau de bord. Pour cela la simulation est un
outil précieux qui doit permettre un gain de temps important lors de la phase de conception et validation.
La simulation passe par une phase préliminaire destinée à concevoir des modèles pertinents des
différents organes. Ces modèles doivent prendre en compte des aspects électriques mais aussi
thermiques et mécaniques car tous ces systèmes ont un caractère multi-physique. Le développement de
tels outils de simulation est la préoccupation de nombreux acteurs du secteur.
Ce papier a pour objectif de présenter une
Comparaison mesures / simulations
modélisation de deux organes : groupe moteur15
ventilateur (GMV) et système d’éclairage (ampoule
14
V
modèle
dans son bloc optique). Le premier fait intervenir un
13
V
mesure
couplage électrique-mécanique alors que le second
12
présente un très fort couplage électrique thermique.
2
1
1.5
0
0.5
150
Par ailleurs le GMV peut être une source de forte
I
modèle
100
perturbation lors d’un enclenchement direct.
I
mesure
50
Les modèles ont été construits et paramétrés
0
grâce à des mesures réalisées sur notre banc
-50
expérimental (alternateur, batterie et charges). Le
2
1
1.5
0.5
0
150
modèle complet a été validé par une série d’essais sur
I modèle
notre réseau de bord expérimental. Nous étudions
100
I mesure
l’impact d’une mise sous tension du GMV sur le
50
système d’éclairage en analysant à la fois la tension
0
aux bornes du bloc optique et le signal fourni par une
1.5
2
0.5
1
0
temps (s)
photodiode, qui permettra d’avoir une estimation de la
fluctuation de l’intensité lumineuse sous l’effet de la Figure 8 : comparaison des résultats de mesures et
chute de tension induite par le GMV. Nous présentons simulation pour la tension batterie (VBAT), le courant
la confrontation entre simulations et mesures qui batterie (IBAT) et le courant alternateur (IALT), lors de
l’enclenchement d’un GMV.
montre la pertinence des modèles (figure 1).
ALT
BAT
ALT
103
104
Session Poster 2
Th2 et th3 : Les réseaux d'énergie électrique et la
production et stockage d'énergie
11h15 – 12h15
105
106
Conférence EF 2009
METHODES DE CLUSTERING POUR LE TIRAGE DE LA PRODUCTION
EOLIENNE DANS DES ETUDES DE FIABILITE UTILISANT UNE
APPROCHE MONTE CARLO NON SEQUENTIELLE
VALLEE François, DEBLECKER Olivier, LOBRY Jacques
Faculté Polytechnique de Mons, Service de Génie Electrique, Bvd. Dolez 31 B-7000 MONS
(Belgique)
[email protected] , [email protected] , [email protected]
Résumé
Dans cette contribution, une nouvelle méthode de groupement (clustering) de la production
éolienne est proposée. Cette dernière est basée sur un critère de similitude des distributions statistiques
de vent existant sur le territoire analysé. L’avantage d’une telle procédure est de grouper, une fois pour
toutes, la production éolienne avant de réaliser la génération d’un ensemble d’états du système. Au cours
de la présente étude, l’impact de la production d’électricité d’origine éolienne sur la fiabilité des réseaux
électriques à grande échelle est évalué par l’intermédiaire d’une simulation Monte Carlo de type non
séquentiel. Dans ce contexte, deux méthodologies de tirage de la production éolienne sont appliquées
aux clusters préalablement définis. La première est basée sur une inversion directe de la fonction de
distribution cumulative (FDC). Toutefois, bien que très simple à mettre œuvre, cette technique est fondée
sur des hypothèses difficilement justifiables dans le cadre de réseaux à grande échelle. Dès lors, une
approche originale est investiguée et consiste à extraire d’une part toute la corrélation existant entre les
distributions d’un même cluster et d’ensuite particulariser chacun de ces régimes par un bruit normal qui
lui est propre. Enfin, la technique de groupement de la production éolienne et les méthodologies de tirage
proposées sont introduites dans une simulation Monte Carlo non séquentielle de niveau HLI (production
et charge en nœud unique) et sont comparées via une analyse de bien-être du système électrique belge.
La présente communication s’organise donc comme suit. Dans un premier temps, la démarche
suivie pour aboutir à deux modèles de vent particulièrement bien adaptés à une approche Monte Carlo de
type non séquentiel est détaillée. Précisons à ce niveau que chacun des deux modèles développés pourra
être validé à partir de la banque de données fournie par l’Institut Royal Belge de Météorologie (IRM).
Ensuite, les résultats de simulation obtenus avec un outil Monte Carlo de niveau hiérarchique HLI pointent
la contribution limitée de la production éolienne vis-à-vis de la couverture de charge et, donc, l’intérêt de
définir une capacité équivalente à cette source d’énergie à caractère fluctuant. A titre d’information,
notons encore que tous les développements présentés au cours du présent chapitre sont menés pour le
système électrique belge en utilisant le logiciel de calcul Matlab.
Mots Clés. Production éolienne, fiabilité, simulation Monte Carlo non séquentielle, clustering.
107
Conférence EF 2009
GENERATEURS ASYNCHRONES EN SITE ISOLE : SUR UNE
STRATEGIE DE CONTROLE TENSION - FREQUENCE
Pusca R. 1,2, Manata J.P. 1,2, Brudny J.F. 1,2, Nuca I. 3
1
Univ Lille Nord de France, F-59000 Lille, France
2
UArtois, LSEE, F-62400 Béthune, France
3
Technical University of Moldova, Chrisinau, Moldavie
[email protected]
Mots Clés. Générateur asynchrone auto excité, régulation de fréquence
Cet article propose une méthode naturelle de stabilisation de la fréquence lors de
l’asservissement de la tension délivrée par un générateur asynchrone auto excité fonctionnant en site
isolé.
Lorsque la demande de puissance est relativement limitée les aérogénérateurs asynchrones
triphasés semblent être une alternative intéressante pour répondre à ce besoin. Ces aérogénérateurs,
souvent associés à des groupes diesel, présentent des atouts certains comme la robustesse ou le prix.
Malgré ces avantages, l’utilisation de cette machine rencontre une certaine réticente dans la mesure où
son fonctionnement dans le cadre de ces applications, est assez mal maîtrisé. Ceci est dû au fait qu’il
n’existe pas d’expression analytique permettant, en régime permanent, de caractériser simplement
l’influence des divers paramètres sur son comportement. Les raisons essentielles à l’origine de ces
difficultés, même lorsque le récepteur est de nature résistive, résultent de la nature inverse du problème à
résoudre (fréquence, glissement et tension inconnus). La solution souvent rencontrée dans la littérature
pour remédier à ce manque est de mettre en œuvre des techniques de réglage (en utilisant des
convertisseurs) relativement complexes pour contrôler la tension et la fréquence à la sortie de
l’aérogénérateur. Cependant, dans ce cas, les avantages initiaux (robustesse, prix) disparaissent. En
outre il est difficilement envisageable d’implanter ce type de dispositif sur certains sites critiques eu égard
aux contraintes climatiques et (ou) à la disponibilité de main d’œuvre qualifiée dans un environnement
suffisamment proche.
Afin de remédier à ce problème, une approche analytique différente a été développée qui permet
de proposer une nouvelle stratégie de réglage relativement simple. L’originalité de cette stratégie
concerne le contrôle de fréquence qui ne nécessite pas de boucle de régulation et qui permet, lors d’un
asservissement classique de la tension, de maintenir, sans aucun contrôle, la fréquence des signaux
quasi-constante.
Les développements présentés dans cet article portent, tout d’abord, sur la présentation du
modèle utilisé. La définition d’un banc d’essais permettant de tester le fonctionnement du générateur
asynchrone fait l’objet de la seconde partie, son originalité est de soumettre l’arbre du générateur à une
puissance contrôlée. Cette particularité permet d’étudier le comportement du générateur (variations de
tension et fréquence) en cas de fluctuations de la puissance mécanique reçue ou apparaissent pendant
les changements d’état de la charge. Suit ensuite l’analyse du régime harmonique qui permet de définir
les expressions analytiques du glissement du générateur ainsi que de la pulsation des signaux qui
apparaissent à ses bornes. L’analyse de la stabilité du générateur fait l’objet de la dernière partie. Dans
les deux cas les résultats de l’approche analytique sont comparés aux valeurs issues de l’expérimentation
ou de la simulation.
Nous concluons en re-précisant les limites de cette étude mais aussi les perspectives ouvertes
par ce travail.
108
Conférence EF 2009
ETUDE COMPARATIVE D’UNE GENERATRICE ASYNCHRONE
A DOUBLE ALIMENTION ET D’UNE GENERATRICE SYNCHRONE
A AIMANTS PERMANENTS POUR LA GENERATION D’ENERGIE
HYDROLIENNE
BEN ELGHALI S.E.1, BITTARD J.1,2, LEON C.1,2,
CHARPENTIER J.F.2 et BENBOUZID M.E.H.1
1
2
Ecole Navale, EA 3634 IRENAV
Lanveoc-Poulmic, BP 600, 29240 Brest Armées
Mots Clés. Hydrolienne, machine asynchrone à double alimentation, machine synchrone à aimants
permanents, modélisation, commande.
Le travail présenté concerne l’étude des systèmes de récupération des énergies renouvelables
marines. Parmi celles-ci, l’énergie des courants de marées est l’une des plus prometteuses et fait l’objet
de nombreuses recherches et études à travers le monde et d’une implantation expérimentale par EDF.
L’article concerne la modélisation des systèmes de récupération et de conversion de cette énergie dans
leur environnement. Ce travail s’inscrit dans un projet de recherche plus global qui vise à développer un
outil multiphysique permettant de modéliser une chaîne de conversion hydrolienne dans son
environnement et de prévoir ces performances. Cet outil se présente comme une bibliothèque modulaire
sous Matlab-Simulink où il est possible d’implanter différents types de technologies (turbines,
convertisseur électromécanique, etc.) et de stratégies de commandes.
L’objectif du travail présenté dans cet article est de comparer la génération électrique d’une
hydrolienne à axe horizontal en utilisant deux types de génératrices : la génératrice asynchrone à double
alimentation et la génératrice synchrone à aimants permanents. La modélisation des éléments composant
la chaîne de conversion d’énergie est présentée. Elle comprend un modèle de la ressource (courant de
marée) et de la turbine. Les deux types de convertisseurs électromécaniques sont également représentés
par des modèles de Park. Les commandes en vitesse de ces 2 systèmes sont également présentées.
L’implantation de ce modèle a permis d’effectuer un comparatif de performances entre la machine
asynchrone à double alimentation et la machine synchrone à aimants permanents. Des comparatifs sur
les coûts d’acquisition et la fiabilité des installations viennent compléter cette étude.
109
Conférence EF 2009
MODELISATION ET OPTIMISATION MULTICRITERE D’UNE CHAÎNE
EOLIENNE « PASSIVE »
Duc-Hoan TRAN, Xavier ROBOAM, Bruno
SARENI
Université de Toulouse
LAPLACE UMR CNRS – INP – UPS
site ENSEEIHT – 2, Rue Charles Camichel
31071 TOULOUSE – France
[email protected]
Christophe ESPANET
Université de Franche–Comté
FEMTO – ST UMR CNRS-UFC-ENSMM
Parc Technologique, avenue Jean Moulin
90000 – BELFORT – France
[email protected]
Mots Clés. éolien, chaîne « passive », modélisation, optimisation, algorithme évolutionnaire.
Résumé : Ce travail présente une méthodologie de conception par optimisation d’un système éolien
entièrement passif. En l’absence d’électronique de puissance et de contrôle par MPPT, le dispositif n’est
efficace que si l’adaptation des constituants est optimale. L’extraction de vent ainsi que les pertes
globales du système sont donc optimisées à l’aide d’un algorithme génétique multicritère pour augmenter
l’efficacité énergétique et minimiser la masse pour un profil de vent donné. Deux modèles de
dimensionnement analytiques ont été testés et comparés pour parvenir aux résultats d’optimisation et à la
réalisation d’un prototype correspondant une solution particulière.
Introduction et contexte
L’énergie éolienne présente un avantage indéniable sur le plan écologique mais est encore freinée par
des coûts d’implantation élevés en comparaison d’autres ressources énergétiques. Ceci est d’autant plus
vrai pour le domaine du petit éolien pour lequel, minimiser le coût du système sans trop altérer l’efficacité
est primordial. L’objectif principal de cette étude concerne ainsi la conception d’une chaîne éolienne de
petite puissance dont la structure est simplifiée pour offrir un compromis coût – fiabilité – performance très
satisfaisant. La simplification s’opère notamment par la suppression de l’électronique de puissance et de
contrôle actifs (Figure 1).
Figure 1. Chaîne éolienne entièrement « passive »
Un tel système, entièrement passif, n’est énergétiquement efficace que si l’éolienne et la génératrice sont
mutuellement adaptées. Dans ce contexte, nous avons développé une méthodologie basée sur l’utilisation
d’algorithmes génétiques multicritères pour optimiser une chaîne éolienne de petite puissance,
entièrement passive (sans commande MPPT). Deux modèles de dimensionnement analytiques
développés par les laboratoires LAPLACE et FEMTO ont été testés et comparés. Nous présentons les
résultats d’optimisation obtenus à partir de ces modèles qui ont mené à la réalisation d’un prototype issu
d’une solution particulière se situant dans la zone de bon compromis de la frontière de Pareto masserendement.
110
Conférence EF 2009
STRUCTURE DE COMMANDE POUR LA MAXIMISATION DE LA
PUISSANCE EOLIENNE D’UN SYSTEME EOLIEN AUTONOME
DRUGA Mirela, NICHITA Cristian, BARAKAT Georges, DAKYO Brayima
25, rue Philippe Lebon - B.P. 1123 -76063 Le Havre cedex
[email protected]
Mots Clés. Système éolien autonome, conversion d’énergie, commande optimisée, génératrice
synchrone.
Les travaux décrits dans cet article présentent une méthodologie d’analyse d’un système éolien
autonome fonctionnant sur un site isolé. Le système éolien étudié comporte une turbine éolienne, une
génératrice électrique, un ensemble redresseur – hacheur, une batterie et une résistance de charge. La
structure de commande utilise l’ensemble des caractéristiques statiques de la turbine éolienne et de la
génératrice synchrone à aimants permanents pour maximiser la puissance éolienne disponible. Pour
améliorer la stratégie de commande, une structure de réglage en cascade comprenant une boucle de
courant et une boucle de vitesse a été développée. La commande du hacheur est assurée par un signal
de commande provenant du régulateur de courant. Pour différentes valeurs de la vitesse du vent,
l’adaptation du rapport cyclique est effectuée pour que les points de fonctionnement du système éolien
soient placés sur la caractéristique des régimes optimaux, correspondant aux maxima de la courbe de
puissance de l’éolienne. Le dispositif de commande assure la maximisation de la conversion d'énergie
éolienne par le réglage de la tension aux bornes d’une génératrice synchrone. La continuité de
l’alimentation du réseau local est assurée par le stockage de l’énergie dans une batterie d’accumulateurs.
La conception du système est développée pour que le système éolien soit la source principale pour le site
considéré et pour qu’il possède des durées de fourniture importantes afin de minimiser les besoins de
stockage. Les résultats de simulation ont été obtenus dans l'environnement Matlab/Simulink, en utilisant
les modules PowerSim.
Les résultats obtenus seront utilisés par la suite pour développer des aérogénérateurs optimaux à
faible coût, qui assurent la continuité de la fourniture énergétique aux charges connectées.
111
Conférence EF 2009
OPTIMISATION EN COUPLAGE FORT DU PILOTAGE ET DE LA
CHAÎNE DE CONVERSION TOUT-ELECTRIQUE DU
HOULOGENERATEUR SEAREV
AUBRY Judicaël1, MULTON Bernard1, BEN AHMED Hamid1, RUELLAN Marie2
1
SATIE, ENS Cachan Antenne de Bretagne, CNRS, UEB, Campus de Ker Lann, 35170 BRUZ
2
SATIE, Université de Cergy-Pontoise, rue d'Eragny, 95031 Cergy Pontoise
1
[email protected]
Mots Clés. Houlogénérateur, Chaine de conversion tout-électrique, Optimisation multi-objectif,
Approche Système.
Un système complexe, comme le houlogénérateur SEAREV, peut se décomposer en plusieurs
sous-systèmes interagissant entre eux de manière plus ou moins couplée. L’optimisation globale d’un tel
système ne peut se faire qu’en considérant l’ensemble des sous-systèmes. C’est ce que l’on appelle
"l’approche système". Mais lorsque le modèle numérique associé à un de ces sous-systèmes est très
gourmand en temps de calcul (résolution d’équations différentielles, inversions de matrices de grande
taille...), il n’est pas possible de conserver cette approche système. Il faut alors accepter une dégradation
du problème d’optimisation. Dans notre cas, cela a consisté en une transformation d’un problème à
variables continues en un problème à variables mixtes (discrètes et continues). Les variables discrétisées
étant celles liées au modèle numériquement lourd, le temps de calcul est fortement diminué par un précalcul de ce modèle pour toutes les combinaisons discrètes possibles des variables.
Figure 1 : Schéma de principe du SEAREV
Nous nous plaçons dans le cadre de l’optimisation simultanée de la stratégie de pilotage du
houlogénérateur SEAREV et de sa chaîne de conversion tout-électrique. Cette optimisation a pour but de
nous fournir des solutions (ensemble de paramètres décrivant la stratégie de pilotage, la géométrie de la
génératrice électrique et les caractéristiques électriques du convertisseur) optimisant deux objectifs que
sont la maximisation de l’énergie électrique récupérée et la minimisation du coût de la chaîne électrique.
Les résultats obtenus sur un état de mer, permettent de montrer l’intérêt d’une optimisation par une
"approche système" (ou simultanée) vis-à-vis d’une optimisation découplée (ou séquentielle) des
paramètres de pilotage et de ceux de la chaîne électrique. Une optimisation sur deux états de mer permet
quant à elle d’apporter un début de réponse à la question de l’existence d’un état de mer "dimensionnant".
112
Conférence EF 2009
MODELISATION DES CONVERTISSEURS STATIQUES DC-DC POUR
DES APPLICATIONS DANS LES ENERGIES RENOUVELABLES EN
UTILISANT MATLAB/SIMULINK®
SPIROV Dimitar, LAZAROV Vladimir, ROYE Daniel†, ZARKOV Zahari, MANSOURI Omar†
Université Technique de Sofia, 8 Kliment Ohridski, Sofia 1000, Bulgarie
†
G2ELab, UMR 5269 INPG-UJF-CNRS, ENSIEG - BP 46 – 38402, Saint-Martin-d'Hères
Mots Clés. convertisseurs DC-DC, énergie renouvelable, control, modélisation, MATLAB/Simulink
Les convertisseurs DC-DC constituent une partie assez importante de la chaîne de conversion. Ils
sont utilisés largement dans les connexions à des batteries d’accumulateurs, les systèmes
photovoltaïques, les éoliennes, les systèmes hybrides. Pour diverses simulations des systèmes à base
d’énergies renouvelables, des modèles précis et exacts de hacheur parallèle et de convertisseur BuckBoost (inverseur et non inverseur) sont requis.
Deux techniques simples et précises pour la modélisation d’un convertisseur type Boost et d’un
convertisseur type Buck/Boost sont présentées dans cet article pour faciliter l’implantation des modèles
des convertisseurs statiques dans des systèmes complexes au domaine des énergies renouvelables. Les
modèles sont développés à l’aide du logiciel MATLAB/Simulink®. La première technique utilise les
équations dynamiques des hacheurs pour construire les modèles. La deuxième technique est basée sur
la bibliothèque SimPowerSystems® de Simulink® qui permet d’élaborer les modèles en s’appuyant
directement sur les schémas électriques des convertisseurs. Le dimensionnement des éléments passifs
des convertisseurs est décrit. Deux boucles de contrôle : l’une pour le courant et l’autre pour la tension
sont aussi présentées. Les performances des modèles dynamiques et du contrôle sont testées pour
différents changements de la tension et de la consigne. Des résultats de simulation sont présentés. Les
résultats prouvent la validité des modèles.
Simulations SIMULINK
Simulations
SimPowerSystem
Résultats expérimentaux
Figure 11 Le courant dans la bobine
et la tension de sortieconvertisseur Boost
Figure 12 La tension de sortie du
convertisseur Boost- résultat
expérimental
250
Tension de sortie
Référence de tension
Tension d'entrée
Tension [V]
200
150
100
50
0
1.9
1.95
2
2.05
Temps [s]
2.1
2.15
2.2
Figure 10 La tension de sortie -convertisseur
Boost
®
®
Les simulations des modèles des convertisseurs, réalisés en Simulink et en SimPowerSystems
ne montrent pas de grande différence entre les deux techniques. Sur les figures ci-dessus, les formes des
courbes de la tension sont très proches de celles dans la réalité. La validité des modèles est prouvée
avec des essais expérimentaux.
113
114
Exposants industriels
SOCIÉTÉ
dSPACE SARL
REPRÉSENTANT
Patrick CHOQUET
Ingénieur d’Affaires
7 Parc Burospace - Route de Gisy
91573 Bièvres Cedex, FRANCE
Tél.: +33 (0)1 69 35 50 64
Fax: +33 (0)1 69 35 50 61
mailto: [email protected]
www.dspace.fr
SOCIÉTÉ
FLIR Systems ATS
Advanced Thermal Solutions
REPRÉSENTANT
Patrice BALCON
Ingénieur Commercial - Sales Engineer
19, bd Georges Bidault, 77183 Croissy-Beaubourg, FRANCE
Direct: +33 1 60 37 27 00 | Mobile: +33 6 26 26 85 75 |
http://www.flir.com/fr/
115
116
117
118
119
Le congrès se déroule sur le site de Royallieu dans le centre Pierre Guillaumat:
Rue du docteur schweitzer
60200 Compiègne
Coordonnées GPS : 49°24'00.98'' N / 2°47'59.19'' E
Tél. Accueil : 03.44.23.49.99
120

Recueil des résumés

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Fiche de don - Société historique de Compiègne

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NEWSLETTER N°23 – 18 février 2013

Titus-Carmel Allée, contre-allées