[PDF] Machines électriques intégrées à des hélices marines: contribution

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THESE DE DOCTORAT

préparée à CentraleSupélec

ECOLE DOCTORALE N° 575

Physique et ingénierie : électrons, photons, sciences du vivant Spécialité de doctorat : Génie électrique Par Etude de structures de machines électriques non conventionnelles pour des alternateurs industriels M. Georges BARAKAT Professeur des Universités, Université du Havre Président M. Pascal BROCHET Professeur des Universités, Ecole Centrale de Lille Rapporteur M. Noureddine TAKORABET Professeur des Universités, Université de Lorraine Rapporteur M. Philippe DESSANTE Professeur, CentraleSupélec Examinateur M. Jean-Claude VANNIER Professeur, CentraleSupélec Directeur de thèse M. Jacques SAINT-MICHEL Directeur Scientifique, Leroy-Somer Encadrant de thèse

Remerciements

ensemble comme un Page

Table des matières

Introduction

I.1. I.2. Alternateur synchrone avec rotor bobiné à pôles saillants

I.2.1.

I.2.2.

I.2.3.

I.3. Tendances dans le domaine

I.3.1.

I.3.2. Structures de fabrication facile

I.4.

Conclusion

Introduction

II.1. Machines synchro

II.1.1. MSR sans excitation

II.1.2. ................................

II.1.3. MSR à excitation bobinée

II.1.4. Modélisation des MSR

II.1.5. Adaptation de la MSR à une application alternateur à vitesse constante

II.2. Présentation du cahier des charges

II.3. II.3.1. Calcul du Taux de Distorsion Harmonique de la tension de sortie

II.3.2.

II.3.2.1. Calcul

II.3.2.2. Procédure de calcul du point de charge II.4.

II.4.1.

II.4.2. Dimensionnement de la barrière de flux

II.4.3. Considérations sur le circuit amortisseur II.5. II.5.1. Fonctionnement en régime permanent sur charge triphasée II.5.2. Considérations sur le fonctionnement du circuit amortisseur

II.5.3. Conclusion

II.6. Validation expérimentale

II.7. ................................

Conclusion

Introduction

III.1. Description de la machine

III.2. Validation des résultats du modèle de calcul par éléments finis en 3D

III.3.

III.3.1. Limitation des fuites entre la griffe et la culasse III.3.2. Analyse des ouvertures angulaires des griffes III.3.3. Influence du flux de fuites entre les griffes sur les performances

III.4.

conventionnel

Conclusion

Introduction

IV.1. Description de la structure

IV.1.1. Considérations sur les matériaux ferromagnétiques

IV.1.2. Avantages et limitations de la structure

IV.2. Modélisation des machines électriques à flux axial et des machines à griffes

IV.2.1. Modèles

IV.2.2. Modèles spécifiques aux machines à griffes

IV.2.3. Choix de la modélisation

IV.3. Approche de modélisation par des modèles locaux IV.4.

IV.4.1. Modèle analytique avec une

IV.4.1.1. Définition des forces magnétomotrices Page

IV.4.1.2.

IV.4.1.3. Définition des ampères

IV.4.1.4. Modèle des entrefers auxiliaires

IV.4.1.5. Validation avec le modèle par

IV.4.2. Intégration des parties ferromagnétiques et de la circulation du champ associés

IV.4.2.1. Modèle des griffes

IV.4.2.2. Modèle des anneaux

IV.4.2.3. Modèle des dents

IV.4.2.4.

IV.4.3. Comparaison par rapport au calcul par éléments finis en 3D

IV.4.4. Limitations du modèle analytique

IV.5. Dimensionnement à vide

IV.5.1. Description du problème de conception par optimisation IV.5.2. Premier problème de conception par optimisation IV.5.3. Deuxième problème de conception par optimisation

IV.5.4. Conclusion

IV.6.

Conclusion

Page

Introduction Générale

des sur ces alternateurs est de type r

mêmes performances avec moins de matières actives. Ceci nous a conduit à rechercher

problématique. que le groupe fonctionne un nomb bobinage est couramment alime inversée dite excitatrice. conventionnelles pour une application groupe électrogène à vitesse constante. Ces st dimensionner ces structures, elles ont été analysées par le moyen présenterons la machine utilisée actuellement Ensuite, les innovations sur les alternateurs synchrones seront présentées pour la machine citation. Nous relierons également nos travaux avec deux machines synchro les di

à un rotor synchro

ice non conventionnelle. griffes par rapport à la structure con consiste à diviser la machine en plusieurs plans de coupe selon les trajets du f modèle analytique de la machine qui inclut ces modèles locaux. Finalement, nous conventionnelle. Page

Chapitre I

TAT DE L·ART DESMACHINES ELECTRIQUES

PRODUCTION·ENERGIEELECTRIQUE

SOMMAIRE

Introduction

I.1. I.2. Alternateur synchrone avec rotor bobiné à pôles saillants

I.2.1. eur

I.2.2.

I.2.3.

I.3. Tendances dans le domaine des actionneurs électriques

I.3.1.

I.3.2. Structures de fabrication facile

I.4.

Conclusion

Introduction

TAT DE LRT DES MACHINES ELECTRIQUES

POUR LA PRODUCTION DNERGIE ELECTRIQUE

TAT DE LRT DES MACHINES ELECTRIQUES

POUR LA PRODUCTION NERGIE ELECTRIQUE

es

ème IEA14

actionneurs électriques évolue donc vers systèmes de conversion électromécanique gaz, les turbines à vapeur, les moteurs diesel et les turbines hydrauliques, qui ont une vitesse

alors une tension de sortie à fréquence constante. Pour le cas des éoliennes où la source est

se variable est alors plus constituant

Notre application

Les groupes électrogènes sont composés

cas, associé à un alternateur synchrone qui est assemblé sur le même arbre. La figure I.1

connecté au réseau électrique. Le régulateur du moteur assure une vitesse constante face aux

TAT DE LRT DES MACHINES ELECTRIQUES

POUR LA PRODUCTION DNERGIE ELECTRIQUE

peut contrôler sa puissance réactive.

Figure un groupe électrogène

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Lxr*V. Les puissances

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